안정적인 2차원 초윤활 물질 :: 산업뉴스

거의 제로에 가까운 마찰에너지 발산 및 초윤활(superlubricity)의 성취는, 과학 및 공학분야 모두에서 흥미로우면서도 달성하기 어려운 주제이다. 고체 윤활제로서의 역할을 할 그래핀 및 다른 이차원 물질을 이용한 초윤활에 대한 연구가 다양하게 진행되고 있다.

그러나 회전역학(rotational dynamics)으로 인해 부정합(incommensurate) 구조가 정합(commensurate) 구조로 즉시 변형되기 때문에 안정적인 초윤활 특성을 유지하는 것이 어렵다. 그러나 칭화대학(Tsinghua University) 연구팀은 Nanotechnology지에 게재한 연구를 통해, 2차원 반데르 발스 헤테로구조(van der Waals heterostructures)를 유망한 해법으로 제시하고 있다.

플루오르그래핀(fluorographene)과 MoS2 단일층 간의 큰 내재적인 격자 불일치(intrinsic lattice mismatch)를 유도함으로써, 층간 마찰을 감소시킬 수 있다. 이것은 플루오르그래핀/플루오르그래핀의 경우 발생하는 마찰의 1/40에 불과하며, MoS2/MoS2 층으로 이루어진 구조에서의 경우에 비해 1/160에 불과하였다.

헤테로구조에서 계면에서의 배향에 무관한 초윤활 특성은 모아레 패턴(Moire pattern)의 형성에 기인한 것이다. 이것은 매우 부드러운 포텐셜 에너지 표면(potential energy surface)과 측방력를 무효화시키는 영구적인 계면 부정합성(interfacial incommensurability) 때문이다.

게다가, 모아레 패턴의 주기성과 다양한 헤테로 구조의 격자 불일치 간의 직접적인 관련성이 나타난다. 이것은 초윤활성이 크기 의존성을 가진다는 의미이며, 새로운 윤활제 물질을 설계하는데 유용한 기준이 될 것으로 기대된다.

본 연구결과는 MEMS(microelectromechanical system) 혹은 NEMS(nanoelectromechanical system)에서의 나노윤활(nanolubrication) 및 독특한 성능 구현을 위한 헤테로구조의 나노수준에서의 조작과 같은 실생활에 큰 영향을 미칠 것이다.

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』