그래핀 성장속도 최고기록 갱신
“2차원 소재들 상용화에 도움”

기초과학연구원(IBS) 다차원 탄소재료 연구단이 흑연으로 만든 2차원 소재 그래핀의 초고속 성장법을 개발했다.

15일 IBS에 따르면 원자 두께의 2차원 소재는 얇고 잘 휘면서도 단단한 특성을 지녀 차세대 반도체 소재로 각광받고 있다. 하지만 상용화가 가능할 정도로 크게 만드는 것이 난제였다. 공동연구진은 해결책으로 불소에 주목하고 대표적인 2차원 도체물질인 그래핀 성장에 불소를 적용했다. 연구진은 금속기판으로 불소를 함유한 금속불화물(MF2)을 사용하고 이 위에 얇은 구리(Cu) 필름을 올린 형태의 기판을 제작했다.

그리고 온도를 높여 불소가 금속불화물로부터 방출되게 했다. 불소는 금속불화물과 구리 필름 사이의 10~20㎛의 매우 좁은 공간에서만 머물게 된다. 불소가 다른 물질과 반응하지 않도록 일종의 장벽을 세워 가둬 기존보다 3배 빠른 속도로 그래핀을 성장시키는 데 성공했다. 이는 지금까지 학계에 보고된 최고속도다. 가령 기존에 면적 10㎠그래핀 제조에 10분이 소요됐다면 개발된 기술로는 이 시간을 3분 정도로 단축할 수 있는 셈이다.

펑딩 다차원 탄소재료 연구단 그룹리더는 “2차원 물질의 성장과정에서 불소를 국소적으로 주입하는 간단한 방식으로 상용화의 걸림돌이 되던 성장속도 문제를 해결했다”며 “불소와 같은 반응성이 좋은 물질들로 다양한 2차원 물질을 더 향상된 속도로 합성할 수 있을 것”이라고 말했다.

연구결과는 세계적인 학술지인 네이처 케미스트리에 16일 게재됐다.

김미진 기자 kmj0044@ggilbo.com

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