기초과학연구원(IBS·원장 김두철) 연구진이 세계에서 처음으로 그래핀이 가진 기계 특성을 밝혀내는데 성공했다. 이번 연구는 그래핀을 포함한 여러 초박막 재료 특성 확인에도 쓸 수 있어 세계에서 주목받는 혁신 성과가 될 전망이다.
IBS는 로드니 루오프 다차원 탄소재료 연구단장이 이끄는 연구팀이 새로운 인장시험 지지층을 이용해 초박막 그래핀이 가진 기계 특성을 측정했다고 7일 밝혔다.
그래핀은 기계 강도 및 전기전도도가 탁월해 꿈의 나노물질로 주목받는 2차원 물질이다. 그러나 두께가 워낙 얇아 강도 측정을 위한 인장시험을 하기 어려웠다. 주로 박막시료 위에 지지층을 둬 전사하는 방법을 썼는데, 이후 지지층을 제거하는 과정에서 시료가 손상되는 일이 빈번했다. 그렇다고 지지층을 남겨두면 시료 측정이 불가능했다.
연구팀은 공기 중에 비교적 낮은 온도에서 승화하는 '캠퍼'를 지지층으로 활용했다. 캠퍼는 녹나무 수지에서 발견한 무색 고체다. 승화 과정에서 스스로 사라지기 때문에 물질 손상을 최소화하며 인장시험을 할 수 있게 한다.
연구팀은 이 방법으로 그래핀 소재 대량 합성 기반인 '산화 그래핀'을 인장시험했다. 이 결과 기존에 할 수 없었던 35나노미터(㎚) 초박막 시료를 기판에 전사하는데 성공했다. 이전에는 2마이크로미터(㎛) 수준으로만 그래핀 옥사이드 시험이 가능했다.
연구팀은 또 화학기상증착법으로 만든 단층 그래핀도 시험해 소재의 변형 및 압력사이 관계를 나타내는 '영률'이 637~793GPa인 것을 확인했다. 또 고배향성 그래핀을 전사해 영률을 측정했다. 이는 단층 그래핀 인장을 측정한 최초 사례다.
루오프 단장은 “보통 인장시험 장비로 초박막 그래핀 필름에 기계 시험을 가능하게 했다”며 “이는 앞으로 그래핀 시험 표준이 될 것”이라고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
