기계/재료

베이징대학교, 1,000K 고온에 견디는 전자소자용 그래핀 합성

발행일 : 2015 / 04 / 13

최근, 베이징(北京)대학교 응용물리·기술연구센터 왕쳰(王前) 교수 연구팀은 기타 국제 협력연구자와 5각형 그래핀의 새로운 탄소재료 합성을 시뮬레이션하였다. 6 탄소환으로 구성된 그래핀과 달리, 이러한 탄소의 새로운 동소체는 순수한 5 탄소환 구조모티프(structural motif)로 구성된 2차원 구조이어서 상대적으로 우수한 성질도 갖고 있다. 해당 연구 성과는 최근《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》에 발표되었다.

왕쳰 연구팀은 5 탄소환으로도 2차원 탄소 구조를 구성할 수 있다는 것을 발견하여, 탄소 재료 중의 “고립된 5각형 규칙”을 깨뜨렸다. 또한 분자 동역학 시뮬레이션을 통하여 5각형 그래핀은 열안정적이고 최고로 1,000K에 달하는 온도에 견딜 수 있다는 것을 입증하였다.

심층 연구 결과, 5각형 그래핀은 보기 드문 부정적 푸아송비(Negative Poisson’s ratio) 효과를 갖고 있다. 즉 한 방향이 인장 변형(tensile strain)을 받을 때, 그 수직 방향은 확장되는 효과를 갖고 있는데, 이는 일반 재료가 갖고 있는 수축 효과와 다르다. 양축의 인장 변형을 받을 때, 5각형 그래핀은 그래핀에 상대할 수 있는 초고역학 강도를 갖고 있다. 따라서 5각형 그래핀은 그래핀보다 더 양호한 파괴 저항성능(fracture resistance)과 반발 탄성(Rebound resilience) 및 부하 저항 능력 등과 같은 특수한 물리적 기계 성능을 갖고 있으며, 방음 재료와 완충 재료에 이용될 수 있다.

5각형 그래핀은 경질 반도체막 소자, 스트레인 증폭기 등에 응용될 수 있으며, 합성되면 나노 스케일 전자와 기계 소자에 광범위하게 응용될 것이다.