IBS, 다양한 표면패턴 가진 대면적 금속박막 합성 성공

단결정 금속 기판 제작…네이처誌에 게재

고성능 2차원 소재 합성 핵심소재 다양화 가능

[대전=뉴시스] 고 밀러 지수를 갖는 대면적 단결정 구리 박막 형성 메커니즘.

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 기초과학연구원(IBS)은 다차원 탄소재료 연구단 펑딩(Feng Ding) 그룹리더 연구팀이 중국, 스위스 연구진과 함께 그래핀과 같은 고성능 2차원 소재 합성을 위한 금속기판의 표면패턴 다양화에 성공했다고 28일 밝혔다.

2차원 단결정 소재 합성에 필요한 단결정 금속박막은 패턴의 종류가 한정적인데 IBS는 이번 공동연구를 통해 30여 종의 다양한 표면패턴을 가진 단결정 금속박막을 대면적(39×21㎠)으로 합성했다.

이번 연구 성과는 최고 권위의 학술지 네이처(Nature, IF 43.070) 온라인 판에 28일 0시(한국시간) 게재됐다.(논문명:Seeded Growth of Large Single-Crystal Copper Foils with High-Index Facets)

이에 앞서 공동연구진은 지난해 5월 소재 제조에 사용되는 금속기판이 단결정 소재 대면적화의 열쇠를 쥐고 있다는 사실을 밝혀내고 이를 네이처에 발표했으며 이번 연구서는 다양한 밀러 지수를 갖는 금속기판을 합성할 수 있는 방법을 새롭게 제시했다.

연구진은 구리 단결정을 절단해 원하는 패턴을 가진 파편(시드)을 얻었고 이어 파편을 구리 다결정에 부착한 뒤 녹는점에 가까운 고온(1020℃)에서 수 시간 동안 어닐링(annealing)시켰다. 어닐링은 금속이나 유리를 일정한 온도로 가열한 다음 천천히 식혀 내부 조직을 고르게 하며 물성을 변화시키는 과정이다.

 이 과정에서는 파편 주변의 결정들이 파편과 동일한 패턴으로 재배열되고 점점 넓은 범위로 확장돼 박막 전체에 걸쳐 동일한 패턴을 갖는 단결정으로 변화하게 된다.
  
개발된 기술을 활용하면 다양한 표면 패턴의 금속 박막을 대면적으로 합성할 수 있다.

 연구진은 기판 선택의 폭이 넓어져 향후 적절한 기판을 골라 합성하려는 소재의 배향을 조절하면서 원하는 물성을 가진 고성능 2차원 소재 합성을 가능하게 할 것으로 기대하고 있다.

연구진은 또 이번 연구에 쓰인 구리, 니켈뿐만 아니라 다양한 금속을 대면적 단결정 금속박막의 형태로 제조할 수 있을 것으로 보고 있다.

 펑딩 IBS 그룹리더는 "다양한 결정면을 가진 대면적 단결정 금속 박막의 제작은 재료과학 분야의 오랜 과제였다"며 "이번 연구를 통해 합성된 대면적 단결정 금속 박막은 다양한 단결정 2차원 소재 합성을 위한 주형, 특정 화학반응만을 선택적으로 일으키는 촉매 등 여러 방면에 사용될 수 있을 것"이라고 말했다.


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