그래핀은 원자 하나의 두께에도 불구하고 믿을 수 없을 정도로 강한 것으로 이미 알려져 있습니다. 그렇다면 어떻게 더 강하게 만들 수 있을까요? 물론 그것을 다이아몬드 시트로 바꾸는 것입니다. 한국 연구진이 고압을 사용하지 않고도 그래핀을 가장 얇은 다이아몬드 필름으로 변환할 수 있는 새로운 방법을 개발했습니다.
그래핀, 흑연, 다이아몬드는 모두 동일한 물질인 탄소로 만들어졌지만, 이들 물질의 차이점은 탄소 원자가 어떻게 배열되고 결합되어 있는지입니다. 그래핀은 원자 1개 두께의 탄소 시트로, 수평으로 강한 결합을 갖고 있습니다. 흑연은 서로 겹쳐진 그래핀 시트로 구성되며 각 시트 내에서는 강한 결합이 있지만 다른 시트를 연결하는 약한 결합이 있습니다. 그리고 다이아몬드에서는 탄소 원자가 3차원으로 훨씬 더 강하게 연결되어 있어 믿을 수 없을 만큼 단단한 물질을 만듭니다.
그래핀 층 사이의 결합이 강화되면 디아메네(diamane)라고 알려진 2차원 형태의 다이아몬드가 될 수 있습니다. 문제는 이것이 일반적으로 쉽지 않다는 것입니다. 한 가지 방법에는 극도로 높은 압력이 필요하며, 압력이 제거되자마자 재료는 다시 그래핀으로 되돌아갑니다. 다른 연구에서는 그래핀에 수소 원자를 추가했지만 이로 인해 결합을 제어하기가 어려워졌습니다.
기초과학연구원(IBS)과 울산과학기술원(UNIST) 연구진은 새로운 연구를 위해 수소를 불소로 교체했다. 아이디어는 이중층 그래핀을 불소에 노출시킴으로써 두 층을 더 가깝게 만들고 그들 사이에 더 강한 결합을 생성한다는 것입니다.
연구팀은 구리와 니켈로 만들어진 기판 위에 검증된 화학 기상 증착(CVD) 방법을 사용하여 이중층 그래핀을 만드는 것부터 시작했습니다. 그런 다음, 그들은 그래핀을 이불화 크세논 증기에 노출시켰습니다. 이 혼합물의 불소는 탄소 원자에 달라붙어 그래핀 층 사이의 결합을 강화하고 F-디아만으로 알려진 초박형 불소화 다이아몬드 층을 생성합니다.
새로운 프로세스는 다른 프로세스보다 훨씬 간단하므로 상대적으로 확장이 쉽습니다. 초박형 다이아몬드 시트는 특히 와이드 갭 반도체로서 더 강하고, 더 작고, 더 유연한 전자 부품을 만들 수 있습니다.
“이 간단한 불소화 방법은 플라즈마나 가스 활성화 메커니즘을 사용하지 않고 거의 실온과 저압에서 작동하므로 결함이 발생할 가능성이 줄어듭니다.”라고 연구의 제1저자인 Pavel V. Bakharev는 말합니다.
게시 시간: 2020년 4월 24일