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오사카대학(大阪大學) 대학원 기초공학연구과, 카네카 등의 공동 연구그룹이 세계 최초로 단결정 그라파이트(graphite, 흑연)의 ‘층간 결합력’을 정확하게 측정하는 데 성공, 이것이 기존에 알려졌던 값보다 강한 결합인 것을 발견함. 연구진은 고배향 폴리아미드(polyamid) 필름을 고온에서 소성(焼成)함으로써, 결함이 거의 없는 매우 고품질의 그라파이트 결정(단결정)을 제작하는 데 성공했으나, 이 결정은 지름이 10μm정도이고 두께가 불과 1μm정도로 매우 작기 때문에 두께 방향의 결합력을 측정하기 어려웠음. 그래서 연구진은 직경 1μm정도 크기에 집광된 레이저 광을 10조분의 1초 정도 그라파이트 표면에 조사하여 초고주파수 ‘소리’를 발생시키고 그 소리의 전파 속도를 정확하게 측정함으로써 결정 두께 방향의 결합력을 측정하는 데 성공함. 발생된 소리의 파장은 100nm정도로, 소리이지만 가시광 파장보다 짧기 때문에 미소(微小) 시료의 결합력을 정확하게 평가할 수 있음. 그라파이트는 그래핀이 적층된 구조를 갖고, 적층면 사이의 결합력이 매우 약하다고 여겨졌지만, 본 연구 결과 지금까지의 이론으로는 설명할 수 없을 정도의 강한 결합을 가지고 있음을 확인함. 본 연구 성과로 반데르발스 힘(van der Waals’ force)의 물리적 이해를 가속함과 동시에, 단결정 그라파이트를 이용한 고감도 생체 물질 센서가 개발될 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 ‘Physical Review Materials’ (Interplanar stiffness in defect-free monocrystalline graphite)에 공개됨.