이차원 물질과 고분자 복합물질 계면에서 응력전달에 따른 균열 생성 연구

Abstract

그래핀을 포함한 2차원 나노물질들은 흔히 다양한 기판 위에 놓이거나 호스트 물질과의 composite형태로 연구하게 된다. 특히 이들 물질들은 유연소자로의 응용가능성이 높기 때문에 고분자와 같은 유연한 물질과의 상호작용에 대한 이해가 필수적이라고 할 수 있다. 2차원 나노물질의 전사를 위해 흔히 이용되는 Poly(methyl methacrylate) (PMMA)와 2차원 나노물질과의 접합계면이 대표적인 예라고 할 수 있다. 본 연구에서는 PMMA가 알코올을 흡수하면 부풀어 오르는 특성을 이용하여 그래핀, MoS2 와 PMMA사이 계면에서의 기계적인 상호작용을 연구하였다. 열화학기상증착법을 이용하여 그래핀을 구리 호일에 성장한 후, Si/SiO2기판에 전사하고, 포토리소그래피를 이용하여 원하는 형태의 패턴을 만든 후 전사매체이자 기판인 PMMA를 스핀코팅 하였다. 이 후 BOE(Buffered Oxide Etchant)를 이용하여 SiO2 층을 식각하여 그래핀/PMMA 필름을 분리하였다. 그래핀/PMMA 필름을 메탄올에 담그면 PMMA가 부풀게 되면서 그래핀에 크랙이 생기는 것을 관찰할 수 있었다. 그래핀 패턴의 크기와 모양에 따른 크랙 형성 양상을 원자현미경과 광학현미경으로 관찰하였으며, 실시간 전압 전류 측정을 통해 크랙 형성 과정을 확인하였다. 이러한 크랙의 형성은 그래핀과 기판인 PMMA사이의 탄성계수의 차이와 계면장력에 기인한다. 다른 2차원 나노물질인 MoS2의 경우에도 같은 방법을 이용하여 크랙의 형성을 확인할 수 있었으며, 크랙 형성을 이용한 선택적인 화학센서로서의 응용가능성도 연구하였다.