한국기초과학지원연구원(원장 이광식)은 문준희·이주한 나노표면연구팀 박사와 홍병희 서울대 화학부 교수 공동 연구팀이 구리박막 위에서 그래핀을 합성할 때 나타나는 '나노주름'의 생성원인을 규명하는데 성공했다고 11일 밝혔다.

그래핀은 탄소원자가 벌집구조로 배치된 2차원 도체물질로 전기적, 물리적 성질이 우수한 차세대 전자소자 물질로 각광받아 왔다. 그래핀은 두께가 얇기 때문에 단독으로 존재하기 보다는 그래핀을 지지할 수 있는 물질 위에 전사(transfer) 된 상태로 사용한다. 이 과정에서 표면에 물결 무늬의 나노미터 크기 주름이 생기게 되는데 이를 '나노주름'이라 한다.

나노주름은 그래핀의 전기적 특성에 결정적 영향을 끼치는 것으로 알려져 많은 연구가 이루어져 왔지만, 그동안 정확한 생성원인이 밝혀진 바 없어 상용화에 걸림돌이 돼 왔다.

연구팀은 이어 합성하는 그래핀의 층수가 많아질수록 구리표면의 물결모양이 넓고 깊어지며, 구리호일의 결정방향과 품질·합성 조건 등이 달라져도 그래핀의 나노 주름이 형성되고 구리호일의 표면변화가 나타남을 확인했다.

연구팀에 따르면 이번 연구를 통해 나노주름이 없는 경우, 그래핀의 전기적 특성이 더 우수함을 원인과 함께 밝힘으로써 향후 그래핀 나노주름을 최소화해 전기특성을 극대화할 수 있는 단서를 제공할 것으로 기대한다.

문준희 박사는 "그래핀 합성시 구리표면의 변화에 대해 보고가 많았지만 명확한 원인은 규명되지 못했다"며 "이번 연구를 통해 그래핀이 구리표면에 가한 응력이 구리의 표면 변화를 일으켜 그래핀의 나노 주름을 형성한다는 새로운 발견이 연구자들에게 도움이 될 것이다"라고 말했다.

홍병희 교수는 "구리 위에서 합성 된 그래핀의 나노주름은 그래핀의 전기적 특성을 상용화 수준으로 끌어올리는데 큰 장벽이었다"며 "이번 연구결과를 토대로 그래핀 나노주름의 형성을 제어할 수 있는 새로운 길이 열렸다"고 설명했다.

이번 연구성과는 국제학술지 '나노레터(Nano Letters)'의 온라인판에 지난 3일자로 게재됐다.