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[대전=뉴스프리존] 이기종 기자= 한국연구재단(NRF)은 이재현 교수(아주대학교), 손석균 교수(목포대학교), 조성호 상무(삼성디스플레이) 공동연구팀이 층수가 제어된 대면적 그래핀 박리법을 개발했다고 2일 밝혔다.
고무처럼 잘 휘어지고 투명한 그래핀은 뛰어난 전기전도성 때문에 두루마리처럼 둘둘 마는 TV나 스마트폰 등에 응용될 꿈의 소재로 불려왔다.
하지만 탄소가 벌집모양으로 결합한 단일층의 평면인 그래핀은 10만 층을 쌓아야 머리카락 굵기가 될 정도로 얇다.
이로 인해 탄소가 층층이 결합한 흑연의 표면을 테이프로 반복해서 떼어내 그래핀을 얻었지만 반복작업과 작업자의 숙련도에 의존해 그래핀의 면적과 층수, 수율을 제어하는 것이 불가능했다.
연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 테이프로 떼어낼 때 생기는 균열의 크기·방향을 원자 수준에서 제어해 원하는 면적과 층수의 그래핀을 얻었다.
연구과정을 보면 그래핀 층간 결합력과 비슷한 수준으로 흑연 표면과 결합하는 금(Au)으로 흑연표면을 코팅했다.
이 과정에서 테이프로 뜯어내면 균열이 수직 방향(흑연의 아래쪽 방향)이 아닌 표면과 평행한 방향으로 전파되어 단층의 그래핀만 분리됐다.
반면 흑연과의 결합력이 금보다 큰 팔라듐, 니켈, 코발트로 코팅 하고 테이프로 떼어낼 경우 최초로 형성되는 균열이 더 깊어져 결과적으로 더 큰 층수의 그래핀이 얻어졌다.
이 방법을 이용하면 수 mm 면적의 단일층부터 이중층, 그리고 최대 40층까지 층수가 제어된 그래핀을 얻을 수 있었다.
이 연구결과에 의하면 기존 박리법(Exfoliation Method) 대비 약 4,200배 넓은 면적의 단일층 그래핀을 얻어냈고 단위면적당 단일층 그래핀의 밀도가 최대 6,000배 가량 증가할 정도로 높은 수율을 확보했다.
연구관계자는 “그래핀의 산업적 응용의 걸림돌 가운데 하나인 무결점 그래핀 확보를 위한 새로운 대안을 제시할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구실 사업과 생애 첫 연구 등의 지원으로 수행됐고 국제학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 10월 28일 게재됐다.
