'무결점 그래핀' 원하는 층으로 떼어낸다

흑연 표면을 금으로 코팅
그래핀 박리시 균열의 깊이와 방향 제어

자연흑연에서 단일층의 그래핀을 박리하는 방법 및 크기 및 밀도 결과

[아시아경제 황준호 기자] 둘둘 마는 TV나 플렉시플 스마트폰 등에 활용할 '꿈의 소재'로 불리는 그래핀을 원하는 크기와 층수로 결점 없이 떼어내는 박리법이 개발됐다. 그래핀의 면적과 층수, 수율을 제어할 수 있어 그래핀의 산업적 이용을 앞당기는데 기여할 것으로 예상된다.

이재현 아주대학교 교수, 손석균 목포대학교 교수, 조성호 삼성디스플레이 상무 등은 공동 연구를 통해 이같은 내용의 박리법을 개발해, 관련 논문이 국제학술지인 사이언스 어드밴시스에 최근 실렸다고 30일 밝혔다.

꿈의 소재 '그래핀' 층수가 제어된 대면적 그래핀 박리법 개발

계면결합에너지에 따른 균열의 깊이 및 방향

연구팀은 그래핀의 층간 결합력과 비슷한 수준으로 흑연 표면과 결합하는 금으로 흑연표면을 코팅한 뒤 테이프로 그래핀을 뜯어내는 방법을 개발했다. 이렇게 그래핀을 떼어내면 균열이 표면과 평행한 방향으로 전파돼, 단층의 그래핀만 분리할 수 있다.

연구팀은 금보다 흑연과 잘 결합하는 팔라듐, 니켈, 코발트를 코팅해 테이프로 낼 경우 균열이 더욱 깊어져 결과적으로 더 큰 층수의 그래핀을 얻을 수 있다는 것도 확인했다.

연구팀은 이같은 방법을 통해 나노미터 면적의 단일층부터 이중층, 최대 40층 그래핀까지 얻어냈다고 밝혔다. 기존 박리법 대비 약 4200배 넓은 면적의 단일층 그래핀을 얻어낸 것이다. 또한, 단위면적당 단일층 그래핀의 밀도가 최대 6000배 가량 증가할 정도로 높은 수율을 확보했다.

무결점 그래핀 확보.. 산업적 응용의 초석

이재현 아주대 교수(왼쪽부터), 손석균 목포대 교수, 조성호 삼성디스플레이 상무, 문지윤 아주대 석박사통합과정 학생, 김민수 맨체스터대 박사

연구팀은 이번 연구로 원하는 면적과 층수의 그래핀을 얻을 수 있게 됐다고 설명했다. 기존에는 흑연 위에 특정 성질의 테이프를 붙였다 떼는 방식으로 그래핀을 얻어, 면적과 층수를 제어하기 힘들었다.

연구팀 측은 "그래핀의 산업적 응용의 걸림돌 가운데 하나인 무결점 그래핀 확보를 위한 새로운 대안을 제시할 수 있을 것으로 기대된다"고 밝혔다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr