기초지원연 문준희·이주한 박사팀, 라만분광기 활용 그래핀의 층수 및 그래핀 격자 변형률 분석
광학현미경과 원자현미경(AFM)을 이용한 그래핀이 합성된 구리막의 표면 이미지.사진제공=한국기초과학지원연구원
[대전=일요신문] 박하늘 기자 = 그래핀 성능저하의 원인으로 지목되는 나노주름의 생성원인이 국내연구진에 의해 밝혀졌다.
한국기초과학지원연구원 나노표면연구팀 문준희·이주한 박사팀은 서울대 화학부및차세대융합기술원 그래핀 융합기술연구센터 홍병희 교수팀과의 공동연구에서 촉매로 활용되는 구리박막 위에서 그래핀을 합성할 때 나타나는 나노주름의 원인을 규명했다고 11일 밝혔다.
그래핀은 고온에서 합성 되는데, 냉각 과정에서 팽창하는 성질을 가지고 있어 냉각 중 수축하는 구리와 그래핀 사이 응력이 발생해 구리표면이 물결모양으로 변하고 그래핀에 나노주름이 만들어진다. 나노주름은 그래핀의 전기적 특성에 결정적 영향을 끼치는 것으로 알려져 있으나 그 생성원인은 밝혀지지 않았다.
연구팀은 구리박막 위 일부분에만 그래핀을 합성해 구리표면의 물결모양이 그래핀이 합성된 영역에서만 나타나는 현상이며 구리의 결정방향·품질·합성 조건이 달라져도 그래핀의 나노주름이 형성된다는 것을 확인했다.
기초지원연 연구팀은 라만분광기를 활용해 그래핀의 층수와 그래핀 격자의 변형률을 분석했으며, 그 결과 층수가 많아질수록 구리표면의 물결모양이 넓고 깊어지며 그래핀과 구리표면의 냉각성질 차이가 나노주름 형성 에 결정적인 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다.
연구팀은 이번 연구로 나노주름 제어를 통한 고품질 그래핀 제작이 가능할 것으로 기대하고 있다.
기초지원연 문준희 박사는 “그래핀 합성 시 구리표면의 변화에 대해 보고가 많았지만 명확한 원인은 규명되지 못 했다. 본 연구에서 그래핀이 구리표면에 가한 응력이 구리의 표면 변화를 일으켜 그래핀의 나노 주름을 형성한다는 새로운 발견이 그래핀 연구자들에게 도움이 될 것”이라고 말했다.
이번 연구결과는 국제학술지 ‘나노레터(Nano Letters)’ 10월3일자에 게재됐다.
기초지원연 문주희 선임연구원이 연구에 사용된 구리호일과 그 위에 합성 된 그래핀을 들어보이고 있다.사진제공=한국기초과학지원연구원