구리촉매/그래핀 계면 연구와 그 응용

Abstract

CVD를 이용한 그래핀의 성장은 다양한 방면에서 연구되어왔다. 본 연구에서는 CVD를 이용해 구리 촉매 위에 성장한 그래핀의 구리 촉매 사이의 계면 에너지와 그에 따른 촉매에 대한 그래핀의 영향을 조사하고, 이를 이용해 전기화학적 박리법으로 구리 촉매로부터 그래핀을 분리해 전사하였다. 구리 촉매에 대한 그래핀의 영향은 반복되는 고온 공정에서 그래핀의 유무에 따른 구리 촉매의 결정 성장 정도를 관찰함으로써 조사되었다. 순수한 구리의 경우 고온 공정 후 표면의 결정 크기가 증가한 반면, 그래핀으로 덮여있는 구리는 반복되는 고온 공정 후에도 결정 크기의 변화가 상대적으로 작았다. 또한, 그래핀과 구리 사이의 결합에너지와 표면 이동 에너지등을 이용하여 결정 성장 정도를 예측하였으며, 실험 결과는 이론 값에 잘 적용되었다. 구리 촉매와 그래핀의 전기화학적 박리법은 CVD를 이용해 구리 촉매 위에 그래핀을 성장시키고, DC 전원 공급 장치를 이용해서 그래핀과 구리 촉매를 분리했다. 위 방법을 통해 그래핀과 분리된 구리 촉매는 반복적으로 그래핀 성장에 이용되었으며 반복 사용된 구리 촉매에 성장한 그래핀은 결함 없이 처음 성장한 그래핀과 같은 품질을 보였다. 구리 촉매를 모두 용해하는 기존의 그래핀 전사 방법과 달리 본 연구에서 소개하는 전기화학적 그래핀 박리를 이용한 그래핀의 전사는 그래핀의 오염을 감소시킬 뿐만 아니라, 촉매의 용해를 최소화하여 반복 사용을 가능하게 함으로써 경제적이고, 환경친화적이다.