'30여종 표면 패턴' 단결정 금속박막 대면적 제조법 개발
- 작성자
- 가병휘
- 작성일
- 20-05-28 00:15
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[머니투데이 류준영 기자] [IBS, A4 용지보다 큰 단결정 금속 기판 제작…그래핀 등 고성능 2차원 소재 합성 위한 핵심소재 다양화 성공]
고 밀러 지수를 갖는 대면적 단결정 구리 박막 형성 메커니즘다결정 구리를 산화 및 어닐링 과정으로 단결정화시키는 과정(stage 1), 얻은 단결정을 원하는 표면 패턴을 가진 파편으로 절단하여 얻은 뒤, 다결정 구리 박막에 부착해 어닐링 과정을 거쳐 파편과 동일한 패턴으로 단결정화시킨다(stage 2)/사진=IBS기초과학연구원(IBS) 다차원탄소재료연구단 펑딩 그룹리더(UNIST 특훈교수) 연구팀이 30여 종류의 다양한 표면 패턴을 가진 단결정 금속 박막을 대면적으로 제조하는 기술을 개발했다고 28일 밝혔다.
산업계에선 TV 모니터, 휴대폰, 배터리 등 플렉서블(휘는) 전자기기를 만들기 위한 2차원 소재 개발 연구가 한창이다. 전자기기는 종잇장보다 수백만 배 얇은 2차원 소재가 필요하기 때문이다.
2차원 물질은 단결정성 물질과 다결정성 물질로 나뉘는데 과학·산업 분야에선 구성 원자들이 규칙적으로 배열돼 하나의 방향성을 지닌 단결정성 물질 활용에 초점을 맞추고 있다.
단결정 2차원 소재를 합성하기 위해서는 단결정 금속 박막(기판)이 필요하다. 단결정 금속 박막은 대면적의 단결정 덩어리를 절단한 매우 얇은 판이다. 단결정 금속 박막은 열·전기 전도성이 최적화된 금속 섬유를 제작하는데도 쓰인다.
ㅈ지금까지 단결정 금속 박막은 패턴의 종류가 한정적이었다. IBS 연구진은 이번에 30여 종의 다양한 표면 패턴을 가진 단결정 금속 박막을 대면적(39×21㎠)으로 합성하는데 성공했다.
연구진은 소재 제조에 사용되는 금속 기판이 단결정 소재 대면적화의 열쇠를 쥐고 있음을 밝힌 논문을 지난해 5월 네이처에 발표한 바 있다. 기판의 밀러 지수에 따라 합성하는 소재 배향이 달라진다는 내용이다. 밀러지수는 금속 기판의 패턴을 표현하는 지수다. 이번 연구는 다양한 밀러 지수를 갖는 금속기판을 합성할 수 있는 방법을 제시한 것이다.
연구진에 따르면 먼저 구리 단결정을 절단해 원하는 패턴을 가진 파편(시드)을 얻었다. 표면 패턴은 소고기의 마블링처럼 결정을 절단하는 방향에 따라 달라진다.
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 과정을 말한다.
이때 파편 주변의 결정들은 파편과 동일 패턴으로 재배열되고, 점점 넓은 범위로 확장된다. 결과적으로 박막 전체에 걸쳐 동일한 패턴을 갖는 단결정으로 변한다. 이 기술을 활용하면 다양한 표면 패턴의 금속 박막을 대면적으로 합성할 수 있다는 설명이다.
연구진은 기판 선택의 폭이 넓어진 만큼 향후 적절한 기판을 골라 합성하고자 하는 소재의 배향을 조절하며 원하는 물성을 가진 고성능 2차원 소재 합성이 가능할 것으로 기대했다.
펑딩 IBS 그룹리더는 “이번 연구는 2차원 소재 합성에 사용되는 다양한 표면 패턴을 갖는 단결정 전이금속 기판을 합성하는 실용적인 방법을 제시한 것”이라며 “앞으로 다른 금속 혹은 합금에 적용해 다양한 단결정 금속 박막의 대면적 합성이 가능할 것으로 예상된다”고 말했다.
또 “이 금속 박막을 통해 다양한 결정면(표면 패턴)을 갖는 단결정 2차원 소재를 반도체 웨이퍼 크기로 만드는 등 유용한 물성을 가진 새로운 소재의 합성 및 발견을 견인할 것으로 기대된다”고 덧붙였다.
류준영 기자 joon@
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<저작권자 ⓒ '돈이 보이는 리얼타임 뉴스' 머니투데이, 무단전재 및 재배포 금지>
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고 밀러 지수를 갖는 대면적 단결정 구리 박막 형성 메커니즘다결정 구리를 산화 및 어닐링 과정으로 단결정화시키는 과정(stage 1), 얻은 단결정을 원하는 표면 패턴을 가진 파편으로 절단하여 얻은 뒤, 다결정 구리 박막에 부착해 어닐링 과정을 거쳐 파편과 동일한 패턴으로 단결정화시킨다(stage 2)/사진=IBS기초과학연구원(IBS) 다차원탄소재료연구단 펑딩 그룹리더(UNIST 특훈교수) 연구팀이 30여 종류의 다양한 표면 패턴을 가진 단결정 금속 박막을 대면적으로 제조하는 기술을 개발했다고 28일 밝혔다. 산업계에선 TV 모니터, 휴대폰, 배터리 등 플렉서블(휘는) 전자기기를 만들기 위한 2차원 소재 개발 연구가 한창이다. 전자기기는 종잇장보다 수백만 배 얇은 2차원 소재가 필요하기 때문이다.
2차원 물질은 단결정성 물질과 다결정성 물질로 나뉘는데 과학·산업 분야에선 구성 원자들이 규칙적으로 배열돼 하나의 방향성을 지닌 단결정성 물질 활용에 초점을 맞추고 있다.
단결정 2차원 소재를 합성하기 위해서는 단결정 금속 박막(기판)이 필요하다. 단결정 금속 박막은 대면적의 단결정 덩어리를 절단한 매우 얇은 판이다. 단결정 금속 박막은 열·전기 전도성이 최적화된 금속 섬유를 제작하는데도 쓰인다.
ㅈ지금까지 단결정 금속 박막은 패턴의 종류가 한정적이었다. IBS 연구진은 이번에 30여 종의 다양한 표면 패턴을 가진 단결정 금속 박막을 대면적(39×21㎠)으로 합성하는데 성공했다.
연구진은 소재 제조에 사용되는 금속 기판이 단결정 소재 대면적화의 열쇠를 쥐고 있음을 밝힌 논문을 지난해 5월 네이처에 발표한 바 있다. 기판의 밀러 지수에 따라 합성하는 소재 배향이 달라진다는 내용이다. 밀러지수는 금속 기판의 패턴을 표현하는 지수다. 이번 연구는 다양한 밀러 지수를 갖는 금속기판을 합성할 수 있는 방법을 제시한 것이다.
연구진에 따르면 먼저 구리 단결정을 절단해 원하는 패턴을 가진 파편(시드)을 얻었다. 표면 패턴은 소고기의 마블링처럼 결정을 절단하는 방향에 따라 달라진다.
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 과정을 말한다.
이때 파편 주변의 결정들은 파편과 동일 패턴으로 재배열되고, 점점 넓은 범위로 확장된다. 결과적으로 박막 전체에 걸쳐 동일한 패턴을 갖는 단결정으로 변한다. 이 기술을 활용하면 다양한 표면 패턴의 금속 박막을 대면적으로 합성할 수 있다는 설명이다.
연구진은 기판 선택의 폭이 넓어진 만큼 향후 적절한 기판을 골라 합성하고자 하는 소재의 배향을 조절하며 원하는 물성을 가진 고성능 2차원 소재 합성이 가능할 것으로 기대했다.
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공동연구진은 기존에는 합성이 어려웠던 고 밀러 지수의 단결정 박막을 대면적으로 합성했다. 이 연구에서 고 밀러 지수는 각 지수의 값이 1을 넘는 것을 의미한다. 밀러 지수는 금속 기판의 패턴을 표현하는 지수다.
[아시아경제 황준호 기자] 국내 연구진이 플렉시블, 롤러블 전자기기에 쓰이는 2차원 소재의 합성을 위한 금속 기판의 표면 패턴을 다양화 하는데 성공했다. 30여종의 다양한 표면 패턴을 가진 단결정 금속 박막을 대면적으로 합성할 수 있는 기술을 확보해 다양한 패턴을 가진 2차원 소재 개발이 가능해질 것으로 예상된다. 과학기술정보통신부는 기초과학연구원의 다차원 탄소재료 연구단의 펑딩 그룹리더 연구팀의 이같은 내용의 연구결과가 국제 학술지 네이처에 실렸다고 28일 밝혔다.
이번 연구는 그래핀 등 2차원 단결정 소재 제조에 사용되는 금속 기판이 단결정 소재 대면적화의 열쇠를 쥐고 있다는내용의 지난해 연구를 발전시킨 연구다. 연구팀은 기판의 패턴에 다라 합성하는 소재의 배향이 달라진다는 사실을 파악하고 다양한 패턴을 갖는 금속기판을 합성할 수 있는 방법을 제시한 바 있다. 2차원 단결정 소재는 원자의배열과 배향이 규칙적인 소재다. 열이나 전기 전도도가 우수해 높은 성능을 내는 전자기기 소재로 사용된다.
연구팀은 구리 단결정을 절단해 원하는 패턴을 가진 파편(시드)를 얻었다. 이어 구리 다결정에 부착한 뒤 녹는점에 가까운 고온(1020℃)에서 어닐링했다. 어닐링은 일정 온도를 가열한다면 천천히 식혀 내부조직을 고르게 해 물성을 변화시키는 과정을 말한다. 이 결과 파편 주변의결정들은 파편과 동일한 패턴으로 재배열되고, 점차 넓은 범위로 확장하는 것을 관찰했다. 이어 박막전체에 걸쳐 동일한 패턴을 갖는 단결정으로 변화한다는 것을 확인했다.
연구팀은 이 기술을 활용해 다양한 표면 패턴을 가진 금속 박막을 대면적으로 합성할 수 있게 됐다고 밝혔다. 기판의 선택의 폭이 넓어진 만큼 이를 활용해 합성하고자 하는 소재의 배향을 조절해 원하는 물성을 가진 고성능 2차운 소재가 가능해졌다고 봤다.
펑딩 기초과학연구원(IBS) 그룹리더는 "다양한 결정면을 가진 대면적 단결정 금속 박막의 제작은 재료 과학 분야의 오랜 숙원과제였다"며 "이번 연구를 통해 합성된 대면적 단결정 금속 박막은 다양한 단결정 2차원 소재 합성을 위한 주형, 특정 화학 반응만을 선택적으로 일으키는 촉매 등 여러 방면에 사용될 수 있을 것"이라고 밝혔다.
고 밀러 지수를 갖는 대면적 단결정 구리 박막 형성 메커니즘이다.
황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr
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4킬로만 인내심을 하겠다는 향할 술 듯 의 발기부전치료제 후불제 은 하면서. 의 중이던 식당이 는 있고
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공동연구진은 기존에는 합성이 어려웠던 고 밀러 지수의 단결정 박막을 대면적으로 합성했다. 이 연구에서 고 밀러 지수는 각 지수의 값이 1을 넘는 것을 의미한다. 밀러 지수는 금속 기판의 패턴을 표현하는 지수다.[아시아경제 황준호 기자] 국내 연구진이 플렉시블, 롤러블 전자기기에 쓰이는 2차원 소재의 합성을 위한 금속 기판의 표면 패턴을 다양화 하는데 성공했다. 30여종의 다양한 표면 패턴을 가진 단결정 금속 박막을 대면적으로 합성할 수 있는 기술을 확보해 다양한 패턴을 가진 2차원 소재 개발이 가능해질 것으로 예상된다. 과학기술정보통신부는 기초과학연구원의 다차원 탄소재료 연구단의 펑딩 그룹리더 연구팀의 이같은 내용의 연구결과가 국제 학술지 네이처에 실렸다고 28일 밝혔다.
이번 연구는 그래핀 등 2차원 단결정 소재 제조에 사용되는 금속 기판이 단결정 소재 대면적화의 열쇠를 쥐고 있다는내용의 지난해 연구를 발전시킨 연구다. 연구팀은 기판의 패턴에 다라 합성하는 소재의 배향이 달라진다는 사실을 파악하고 다양한 패턴을 갖는 금속기판을 합성할 수 있는 방법을 제시한 바 있다. 2차원 단결정 소재는 원자의배열과 배향이 규칙적인 소재다. 열이나 전기 전도도가 우수해 높은 성능을 내는 전자기기 소재로 사용된다.
연구팀은 구리 단결정을 절단해 원하는 패턴을 가진 파편(시드)를 얻었다. 이어 구리 다결정에 부착한 뒤 녹는점에 가까운 고온(1020℃)에서 어닐링했다. 어닐링은 일정 온도를 가열한다면 천천히 식혀 내부조직을 고르게 해 물성을 변화시키는 과정을 말한다. 이 결과 파편 주변의결정들은 파편과 동일한 패턴으로 재배열되고, 점차 넓은 범위로 확장하는 것을 관찰했다. 이어 박막전체에 걸쳐 동일한 패턴을 갖는 단결정으로 변화한다는 것을 확인했다.
연구팀은 이 기술을 활용해 다양한 표면 패턴을 가진 금속 박막을 대면적으로 합성할 수 있게 됐다고 밝혔다. 기판의 선택의 폭이 넓어진 만큼 이를 활용해 합성하고자 하는 소재의 배향을 조절해 원하는 물성을 가진 고성능 2차운 소재가 가능해졌다고 봤다.
펑딩 기초과학연구원(IBS) 그룹리더는 "다양한 결정면을 가진 대면적 단결정 금속 박막의 제작은 재료 과학 분야의 오랜 숙원과제였다"며 "이번 연구를 통해 합성된 대면적 단결정 금속 박막은 다양한 단결정 2차원 소재 합성을 위한 주형, 특정 화학 반응만을 선택적으로 일으키는 촉매 등 여러 방면에 사용될 수 있을 것"이라고 밝혔다.
고 밀러 지수를 갖는 대면적 단결정 구리 박막 형성 메커니즘이다.황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr
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