KIC News, Volume 19, No. 2, 2016
KIC News, Volume 19, No. 2, 2016 95
그래핀에 의한 초윤활 현상의 관찰과 메커니즘 해명에 성공 - 초저마찰 표면 코팅 기술 실현 기대 -
일본 과학기술진흥기구(JST) 전략적창조연구추진사업의 일환으로 바젤대학 물리학과 소속의 가와이 시 게키(川井茂樹) 수석연구원 등은 탄소 원자 한 층의 박막인 그래핀 나노 리본(띠 모양 의 구조)과 Ag의 표 면 사이에서 생기는 초윤활 현상을 관찰하고, 그 메커니즘을 규명하는데 세계 최초로 성공했다.
일반적으로 재료 간 접촉면에서 각각의 재료를 구성하는 원자들은 서로 흡착하는 방향으로 움직여 정렬 하는데 이로 인해 마찰력이 증가한다. 그러나 탄소 박막을 구성하고 있는 탄소 원자 간 결합력이 매우 높아 원자는 거의 움직이지 않는다. 그렇기 때문에 접촉면에서 원자의 위치 정렬이 일어나는 것이 아니라, 탄소 박막 표면에서 아주 작은 마찰 밖에 일어나지 않을 것이라 추정되었으며, 이러한 현상의 직접적인 관찰과 재료 전체 수준으로 원자 구조가 확실한 시료를 얻기 어려워 그 메커니즘은 규명되지 않았었다.
연구진은 그래핀 나노 리본을 구성하고 있는 탄소 원자 간의 결합력이 매우 높기 때문에 금과 접촉하고 있는 탄소 원자는 거의 움직이지 않아, 마찰력이 지나치게 낮아지는 것을 실험으로 증명함과 동시에, 그 실 험 결과치와 ‘초윤활 현상’임을 나타내는 계산 결과가 일치하는 것을 확인했다.
향후 탄소 박막을 이용한 코팅재가 실현되면 부품 간의 마찰에 의해 발생하는 열이나 마모를 줄여 에너 지 손실을 억제한 기계 부품이 실현될 것으로 기대된다.
본 연구 성과는 2016년 2월 26일 ｢Science｣의 온라인판에 공개되었다(※발표논문참조).
※ 발표논문 : Shigeki Kawai, Andrea Benassi, Enrico Gnecco, Hajo Söde, Rémy Pawlak, Xinliang Feng, Klaus Müllen, Daniele Passerone, Carlo A. Pignedoli, Pascal Ruffieux, Roman Fasel, Ernst Meyer, “Superlubricity of graphene nanoribbons on gold surfaces”, Science, 26 Feb 2016.
Doi : 10.1126 / science.aad3569
Figure. 기판 표면을 움직이는 one dimensional chain의 초윤활 현상.
출처 : 2016.02.26. JST (http://www.jst.go.jp/pr/info/info1168/index.html) 작성 : 허 훈 (한국생산기술연구원)
