흑연에서 결점 없이 ‘그래핀’ 떼는 법 개발

▲흑연에서 그래핀을 박리하는 방법 모식도. (사진제공=이재현 교수)

한국연구재단(NRF)은 아주대 이재현 교수ㆍ목포대 손석균 교수ㆍ삼성디스플레이 조성호 상무 등 공동 연구팀이 흑연에서 그래핀을 결점 없이 떼어내는 박리법을 개발했다고 1일 밝혔다.

그래핀은 흑연의 한 층에서 떼어낸 벌집 모양의 2차원 물질이다. 전기ㆍ화학적 특성이 우수해 반도체 분야 ‘꿈의 신소재’로 불린다. 박리법은 테이프의 접착력을 이용해 흑연으로부터 그래핀을 기계적으로 분리해 내는 방법을 말한다.

기존에는 테이프로 흑연의 표면에서 그래핀을 기계적으로 떼어내는 박리법이 주로 쓰이지만, 그래핀의 두께가 수 ㎚(나노미터ㆍ100만분의 1㎜) 수준으로 얇아 층수와 면적을 제어하기 어렵다. 또 흑연과의 결합력이 큰 팔라듐과 니켈 등으로 표면을 코팅하고 테이프를 떼어내면 생각했던 것보다 균열이 커져 그래핀이 너무 두꺼워지게 된다.

연구팀은 테이프로 떼어낼 때 생기는 균열의 크기와 방향을 원자 수준에서 제어해 원하는 면적과 층수의 그래핀을 얻는 데 성공했다. 그래핀 층 간 결합력과 비슷한 수준의 금(Au)으로 흑연 표면을 코팅한 뒤 테이프로 떼어내면 균열이 수직 방향이 아닌 수평 방향으로 생겨 단층의 그래핀만 분리해낼 수 있다.

층수는 단일 층부터 최대 40층까지 제어할 수 있다. 제작할 수 있는 단일 층 면적은 수 ㎜ 수준으로 기존 박리법보다 4000배 이상 넓고, 그래핀 밀도도 훨씬 높다고 연구팀은 설명했다.

이재현 교수는 “무결점 그래핀 구현에 다가감으로써 그래핀의 산업적 응용에 이바지할 것”이라고 말했다.

이번 연구 성과는 지난달 28일 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스’에 게재됐다.

▲금과 다른 금속을 박리법에 적용했을 때 균열의 차이. (사진제공=이재현 교수)