일본산업뉴스요약

촉매 없이 그래핀 합성
기판 위에 직접 성장

가나가와 현립 산업기술종합연구소의 가네코 연구원과 재팬 어드밴스트 케미컬스, 도쿄공업대학의 요시모토 교수의 연구팀은, 촉매가 불필요하고 기판 위에 직접 성장 가능한 그래핀의 새로운 합성법을 개발했다. 이산화탄소(CO₂)로 산화시키는 수법으로 균일한 막을 1층씩 1분이라는 단시간에 고효율로 만들 수 있다. 고품질 그래핀 소자의 대량 생산에 길이 열린다. 미국 화학회가 발행하는 과학지 ACS오메가에 게재되었다.

연구팀은 산화제로서 CO₂를 채운 저온의 분위기 안에서 원료가 되는 흑연에 레이저 광선을 쏘아 절연기판인 티타늄산 스트론튬 위에 그래핀 막을 증착법으로 한 층씩 성장시켰다.

그래핀 박막을 제작하기 위해서는 주로 화학기상성장(CVD)를 활용하지만, 한 층을 제작하기 위해서는 몇 시간이 소요된다. 이에 반해 개발수법은 한 층 당 약 1분으로 한 층씩 성장시킬 수 있다.

높이의 차이가 있는 기판을 사용해 가장자리에서 성장이 시작되는 그래핀이 기판을 뒤덮기 전에 성장을 멈추는 것으로 반도체 소자 등으로서 사용하기 쉬운 와이어 상태로 할 수 있다. 두께 약 0.33나노미터의 한 층의 막 상태를 원자현미경(AFM)으로 관찰한 결과, 그래핀의 구조인 규칙적으로 나열된 탄소의 육원자 고리가 확인되었다.

그래핀은 2004년에 발견된 원자 하나 두께의 시트 상태의 탄소재료이다. 그래핀 박막의 제작에는 흑연부터 테이프로 기계적으로 떼어내는 수법과 금속 촉매를 사용해 고온의 CVD법으로 만드는 수법이 있다. 하지만 이러한 방법은 제어가 어렵거나 소자의 제작에는 막을 떼어내고 붙이는 ‘전사’가 필요하거나 하는 등 실용적인 측면에서 과제가 있었다.

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