| 중국과학원 금속연 선양재료과학국가(연합)실험실, 2차원 재료 분야 연구성과 | ||
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 최근, 중국과학원 금속연구소 선양(瀋陽)재료과학국가(연합)실험실 선진탄소재료연구부의 런원차이(任文才) 연구팀은 큰 사이즈의 고품질 2차원 천이금속 탄화물 결정체 제조 및 물성 연구 분야에서 중요한 성과를 거두었다. 해당 연구 성과는 2015년 8월17일 News & Views(Nature Materials, DOI: 10.1038/nmat4374, 2015)에 온라인으로 게재되었으며, 또한 News & Views에서 Chemical vapour deposition: Transition metal carbides go 2D라는 제목으로 해당 연구 성과를 중점적으로 소개하였다. 2004년 그래핀이 발견된 후 기타 새로운 2차원 결정체 재료 탐색에 관한 연구는 2차원 재료 연구 분야의 관심사로 되었다. 최근에 그래핀을 제외한 기타 2차원 재료도 제조되어 2차원 재료의 성능과 응용 범위를 대폭 확장시켰다. 몇 년전 과학자들은 플루오르화수소산 혹은 플루오르화리튬과 염산 혼합액 에칭법으로 층상 3차원 도자기 MAX 상 중의 금속층(예를 들면 알루미늄층)을 제거하여 기능성 천이금속 탄화물 나노 박막을 제조하였다. 연구 결과, 이 재료는 우수한 열전 변환 및 전기화학 에너지 저장 등 성능을 보유하고 있었다. 그러나 그래핀 산화물과 마찬가지로 해당 방법으로 제조한 기능성 2차원 천이금속 탄화물 나노 박막의 박막층 사이즈는 몇 나노미터로부터 몇 마이크로미터 사이밖에 안되었고, 또한 많은 결함과 관능기가 존재하였는데 이는 2차원 천이금속 탄화물의 기본 물성에 대한 연구 및 응용을 제한하였다. 런원차이 연구팀은 상층 구리 박막/하층 몰리브덴 박막으로 구성된 이중 금속 적층 박막을 성장 기질로 이용한 화학기상증착(CVD) 방법을 제안하였다. 이 방법을 이용하여 고온에서 구리 촉매로 메탄을 분해하여 생성된 탄소 원자와 구리 표면에 확산된 몰리브덴 원자를 반응시켜 고품질의 초박막 2차원 Mo2C결정체를 합성하였다. 해당 2차원 Mo2C결정체는 규칙적인 기하학적 형태, 몇 나노미터 밖에 안되는 두께, 백 마이크로미터에 달하는 사이즈, 그리고 아주 높은 화학적 안정성과 열적 안정성을 갖고 있었다. 이 재료의 구조를 상세하게 분석한 결과, 직교 구조(α-Mo2C)로서 아주 높은 결정 성장 품질, 균일한 구조, 무결함, 무불순물 등 특성을 갖고 있었다. 재료의 전하 수송 특성을 연구한 결과, 이 고품질의 2차원 초박막 α-Mo2C결정체는 저온에서 초전도 특성을 갖고 있었고, 그 변환 특성은 2차원의 베레진스키-코스털리츠-사울리스(Berezinskii-Kosterlitz-Thouless) 상변화 특징, 그리고 자기장 방향을 따라 일어나는 이방성 2차원 초전도 특징을 나타냈다. 해당 재료는 청결형 2차원 초전도체였으며, 또한 초전도 특성은 재료의 두께와 아주 강한 의존성이 있었고, 두께가 ~3 nm인 샘플에서 금속-절연체 상변화 거동을 관찰할 수 있었다. 이중 금속 박막을 기질로 하는 CVD 방법은 양호한 적합성 및 제어 가능성을 갖고 있으므로 기타 2차원 천이금속 탄화물 제조에 이용할 수 있다. 이 방법으로 제조한 2차원 천이금속 탄화물 결정체는 2차원 재료 패밀리에 새로운 구성원을 증가하였으며, 해당 재료의 기본 물성 및 기존의 2차원 재료와 서로 다른 새로운 물성 연구 그리고 새로운 응용에 가능성을 제공하였을 뿐만 아니라 또한 기타 2차원 결정체 재료와 결합된 새로운 적층 이질성 구조를 구축하여 2차원 재료의 응용 범위를 확장하였다. 정보출처 : http://www.cas.cn/syky/201508/t20150818_4412538.shtml  |
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