그래핀은 인공적으로 만든 물질 중 가장 얇지만 기계적 강도가 강하고 전도도가 높습니다. '꿈의 나노물질'로 여겨집니다. 하지만 얇은 두께로 기계적 성질을 측정하기가 쉽지 않습니다.
재료의 기계적 특성을 알아내기 위한 가장 기본적인 시험으로 '인장시험'이 있습니다. 파괴될 때까지 축 방향으로 재료를 당겨 해당 재료가 인장력에 대하여 어떤 반응을 보이는지 살펴보는 건데요.
인장시험을 위해서는 박막 시료 위에 지지층을 두고 전사시키는 과정이 필요합니다. 지지층이 남아있는 상태에서는 박막시료 고유의 성질을 측정할 수 없기 때문에 지지층을 제거하는 과정도 필요한데요. 이 과정에서 시료가 손상되는 경우가 많습니다.
기초과학연구원 로드니 루오프 단장 연구팀은 처음으로 초박막 그래핀의 기계적 특성을 밝혀냈습니다. 상온에서 쉽게 승화되는 캠퍼를 지지층으로 활용했다는데요. 초박막 그래핀 시료를 고정시킨 후 캠퍼가 승화하기 때문에, 물리적 손상을 최소화하며 인장시험을 실시할 수 있었다고 합니다.
연구팀은 이 방법을 통해 단결정 그래핀에 가까운 고배향성 그래핀을 전사하고 기계적 특성을 확인했습니다. 그 결과 접힌 부분이 수직방향일 경우 영률이 683~775GPa, 접힌 부분이 수평방향일 경우 725~905GPa였습니다. 여기서 영률이란 물체에 일어나는 변형과 압력 사이의 관계를 나타내는 탄성계수를 말합니다.
루오프 단장은 "이번 연구 성과는 일반적으로 사용되는 인장시험 장비로 초박막 그래핀 필름의 기계적 시험을 가능하게 한다"며, "향후 그래핀의 기계적 특성을 시험하는 표준이 될 것으로 확신한다"고 말했습니다.
