기초과학연구원(IBS) 다차원 탄소재료 연구단 펑딩 그룹리더 연구팀이 중국·스위스 연구진과 다양한 표면 패턴을 가진 대면적 금속 박막 합성에 성공했다.
그동안 단결정 금속 박막은 패턴 종류가 한정적이었는데 이번 연구로 30여 종의 다양한 표면 패턴을 가진 단결정 금속 박막을 대면적(39×21㎠)으로 합성한 것.
앞서 지난해 연구진은 금속 기판이 단결정 소재 대면적화의 열쇠를 쥐고 있음을 증명한 바 있는데 여기서 더 나아가 다양한 밀러 지수를 갖는 금속기판 합성 방법을 제시했다.
연구진은 구리 단결정을 절단해 원하는 패턴을 가진 파편을 얻었고 구리 다결정에 부착한 뒤 녹는점에 가까운 고온(1020℃)에서 수 시간 동안 어닐링(annealing)시켰다.
파편은 일정한 온도로 가열한 다음 천천히 식혀 물성을 변화시키는 어닐링 과정을 거쳐 주변 결정들이 파편과 동일한 패턴으로 재배열되고 넓은 범위로 확장된다. 결과적으로 박막 전체에 걸쳐 동일한 패턴을 갖는 단결정으로 변화하게 되는 것.
연구진은 이번 개발된 기술로 기판 선택 폭이 넓어진 만큼, 향후 적절한 기판을 골라 합성하고자 하는 소재의 배향을 조절하며 원하는 물성을 가진 고성능 2차원 소재 합성을 가능케 할 것으로 기대하고 있다.
펑딩 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 말했다.
한편 이번 연구 성과는 세계 최고 권위의 학술지 네이처(Nature, IF 43.070) 온라인 판에 게재됐다.
