기초과학연구원(IBS) 다차원 탄소재료 연구단 로드니 루오프 단장(UNIST 특훈교수) 연구팀은 처음으로 초박막 그래핀의 기계적 특성을 밝혀내는데 성공했다고 7일 밝혔다.

그래핀은 연필심 소재인 흑연을 원자단위 두께로 얇게 벗겨 낸 탄소막이다. 인공적으로 만든 물질 중 가장 얇지만 기계적 강도가 강하고 전도도가 높아 꿈의 나노물질로 주목받고 있다. 하지만 두께가 너무 얇아 기계적 강도 측정을 위한 인장시험이 어려웠다.

연구진은 상온에서 쉽게 승화되는 캠퍼를 인장시험의 지지층으로 사용하는 방식으로 기계적 특성을 알아냈다. 캠퍼는 초박막 그래핀 시료를 고정시킨 이후 승화를 통해 기체로 제거되기 때문에, 물리적 손상을 최소화하며 인장시험을 가능하게 한다.

먼저 연구진은 산화 그래핀에 이 방법을 적용해 인장시험을 시도했다. 그 결과 기존에 불가능했던 35㎚두께의 초박막 그래핀 옥사이드 시료를 센티미터 크기(1㎠)의 기판에 전사하는데 성공했다. 그리고 인장하중과 인장탄성률, 인장강도를 측정하게 할 수 있었다. 이후 단층 그래핀 시험에서도 영률(탄성계수)를 측정하는 데 성공했다.

박막의 기계적 물성을 측정하는 이유는 소재의 신뢰성을 얻기 위해서다. 좋은 박막을 생산하기 위해 측정기술이 필수적이다. 이번 연구는 그래핀을 포함한 여러 초박막 재료의 기계적 특성을 확인하기 위한 혁신적인 방법을 제시했다.

이번 연구를 이끈 루오프 단장은 "초박막 그래핀 필름의 기계적 시험을 가능하게 한 이번 연구 성과는 그래핀을 포함한 여러 박막 재료의 기계적 성질을 측정하는데 있어 매우 선구적인 방법을 제시한 것"이라며 "이번 연구성과는 향후 그래핀의 기계적 특성을 시험하는 표준이 될 것으로 확신한다"고 말했다.

이용민 기자

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