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센티미터 크기의 단결정 그래핀 성장을 위한 동박의 표면 엔지니어링

전문가 제언: ○ 현재 2차원 그래핀 재료는 저렴한 가격, 고품질, 높은 확장성, 높은 제어능력 및 대면적으로 제조 가능한 CVD(화학기상증착법)을 사용하여 합성하고 있어 매우 주목받고 있다. CVD법으로 그래핀을 성장시킬 때 촉매로 전이금속을 사용하는데 특히 동박(copper foil)은 고품질 그래핀의 대면적 성장을 위해 개발되었다. 그러나 CVD 성장 그래핀은 수십 마이크로미터의 전형적인 입자 크기를 가진 다결정 막이고 고밀도의 낟알 경계(grain boundaries)를 함유한다.

○ 따라서 대규모 고품질 그래핀의 제어 성장은 전자 및 광전자의 응용을 위해서 가장 중요하다. 대면적 다결정 그래핀에서 낟알 경계의 불리한 영향을 최소화하는 것은 단일층 그래핀의 큰 단결정의 합성 및 그래핀의 생산을 위한 핵심 도전과제 중의 하나이다. 이 연구는 멜라민 전처리를 이용하여 구리 표면상에 그래핀 핵 생성 제어 및 활성 부위의 부동태화에 의해 큰 단결정 단층 그래핀을 성장시키기 용이한 표면 엔지니어링방법을 개발하였다.

○ 센티미터 크기의 육각단결정 그래핀 도메인이 성공적으로 성장되었으며 SiO2기판 상에서 양자홀 효과와 25,000cm2 V？1 s？1를 초과하는 캐리어 이동도를 보여주었다. 이 연구는 대면적 그래핀 단결정의 제어된 성장을 위한 촉매기판의 표면 설계를 제공한다.

○ 국내에서 CVD법에 의한 그래핀의 합성연구를 대학, 연구기관 및 기업에서 수행하고 있다. 현재 그래핀 단결정의 성장 이외에 억제된 그래핀의 핵 생성 밀도의 메커니즘, 전기적 특성과 이외에 다른 물성에 대한 영향 및 소자 응용에 대한 연구가 더욱 기대된다.

○ 이들 연구 중에서 조선대학교 금속재료공학과 최병상 교수의 “대면적, 단일층, 단결정 그래핀의 합성”, JKIECS, 9(2) 2014, pp 167∼172, 한국표준과학연구원의 “단결정 그래핀의 제조방법” KR 10-1572066 (2015, 11, 20)이 특허 등록되었다. 중국인이지만 Dechao Geng 등의 논문 “Graphene single crystals”, Advanced materials, 27(18), 2015, pp. 2821∼2837이 특별히 눈길을 끈다.

저자: Li Lin, et al.
자료유형: 니즈학술정보