UNIST, 컴퓨터 시뮬레이션으로 그래핀 합성 단계 규명

펑 딩 교수팀, 중국 베이징대와 공동 연구…ACS Nano 게재

그래핀, 절연체 위에서 합성 속노 느려지는 결과 확인

UNIST(울산과학기술원) 신소재공학과 펑 딩 교수가 그래핀 구조체를 들고 있다. 2021.04.21. (사진=UNIST 제공) [email protected] *재판매 및 DB 금지

[울산=뉴시스]구미현 기자 = 국내 연구진이 '꿈의 나노 물질'로 불리며 초고속 반도체나 투명 전극을 활용한 휘는 디스플레이 제작 등에 사용되는 그래핀이 절연체 위에서 합성 속도가 느려지는 이유를 밝혀냈다.

UNIST(울산과학기술원)는 다차원 탄소재료 연구단 소속 신소재공학과 펑 딩(Feng Ding·중국) 특훈교수(IBS 다차원탄소재료연구단 그룹리더)팀이 전자소자 재료인 실리콘 산화물 같은 절연체 위에서 그래핀 합성 속도가 금속기판 보다 1만배 이상 느려지는 이유를 규명했다고 21일 밝혔다.

 합성반응을 여러 단계로 쪼개 분석할 수 있는 첨단 컴퓨터 시뮬레이션 기법을 사용했다.  
  
연구진에 따르면 절연체 기판을 쓸 때는 원료(전구체)가 그래핀 가장자리에 바로 달라붙는 방식으로 성장한다. 이 경우 수소가 같이 붙게 되는데 수소 제거에 많은 에너지가 소모돼 절연체 위에서 그래핀 성장이 느리다. 반면 금속 기판을 쓰면 원료가 금속 기판을 타고 빠르게 이동할 수 있어 그래핀 성장이 빠르다.

또 연구팀은 CH3(메틸 래디컬)이 가장 중요한 역할을 하는 원료라는 사실도 밝혔다. CH3은 그래핀에 탄소 공급할 뿐만 아니라 그래핀 가장자리의 수소를 제거하는 역할도 한다.

제1저자인 팅 청(Ting Cheng·중국) 연구원은 “이번 연구로 절연체 기판위에 그래핀을 합성할때는 금속기판에 합성할 때와 달리 기판 물질 종류 보다는 원료 종류가 더 중요하다는 것이 밝혀졌다”고 전했다.
 
평 딩 교수는 “에너지 소모가 가장 많은 반응 단계를 활성화 시키면 절연체 기판 위에서도 그래핀 성장을 촉진 시킬 수 있을 것”이라며 “이번 연구는 그 단서를 찾았다는 데 큰 의미가 있다”고 설명했다.
 

[울산=뉴시스] 구미현 기자 = 기판 재질별 그래핀 성장 모식도. *재판매 및 DB 금지

한편, 그래핀은 강철보다 강하면서도 유연하고 투명하다. 전기전도성 또한 전선 소재로 쓰는 구리보다 100배 이상 좋다. 이 때문에 반도체 소자 집적 한계를 돌파할 새로운 반도체 재료나 종이처럼 얇고 유연한 디스플레이를 구현할 수 있는 소재로 꼽힌다.
 
중국 베이징대학교 분자화학과 쫑판 류(Zhongfan Liu) 교수, 쯔롱 류(Zhirong Liu) 교수팀과 함께한 이번 연구 결과는 나노과학 분야 국제학술지인 ‘에이씨에스 나노’(ACS Nano)에 3월 22일자로 공개됐다. 연구수행은 기초과학연구원(IBS)의 지원을 받아 이뤄졌다.


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