Direct measurement of the adhesion energy of monolayer graphene as-grown on metal substrates is important to better understanding its bonding mechanism and control the mechanical release of the graphene from the substrates, but it has not reported yet. The adhesion energy of large area monolayer graphene synthesized on copper by chemical vapor method is reported here. The DCB (Double Cantilever Beam) test was used for a large-area measurement of adhesion energy. The measured adhesion energy between graphene and copper was 0.72 ± 0.07 J m-2. Knowing the directly measured adhesion energy, the etching-free renewable transfer process of graphene was also demonstrated. The process is composed of graphene growth, mechanical delamination and reuse of the metal for graphene regrowth.
The interfacial mechanical reliability of graphene was evaluated by subcritical crack growth
test. The as-grown graphene on copper, wet-transferred monolayer graphene on SiO2, and wettransferred multilayer graphene on SiO2 were tested under various environmental conditions. The crack growth was not affected by humidity in the case of as-grown graphene on copper and wettransferred monolayer graphene on SiO2. The reason for limiting crack propagation was steric hindrance, and it is confirmed by calculation result of crack-flank-opening displacement at each situations. The cohesive fracture was observed in wet-transferred multilayer graphene, and corresponding v-G curve showed significant region II. It is believed that the increased interlayer distance allows fast diffusion of water molecules between graphene surfaces.
금속 위에 합성된 단일층 그래핀의 접합에너지 측정은 접합 메커니즘을 이해하는 측면 및 기판에서의 기계적인 분리를 위해 중요하지만 아직 이에 관해 보고된 바가 없다. 화학기상성장법으로 구리 위에 대면적 및 단일층으로 합성된 그래핀의 접합에너지를 본 연구에서 측정하였다. 대면적의 접합 에너지를 측정하기 위하여 본 연구에서는 DCB (Double Cantilever Beam) 실험법이 이용 되었다. 측정된 그래핀과 구리의 접합 에너지는 0.72 ± 0.07 J m-2 이다. 위 값을 이용하여, 식각이 필요 없는 재생 가능한 그래핀 전사 공정을 구현하였다. 위 공정은 그래핀 성장, 기계적 박리, 금속층 재사용으로 구성되어 있다.
그래핀 계면의 기계적 신뢰성을 평가하기 위하여 subcritical crack growth 실험법이 이용되었다. 구리층 위에 성장된 그래핀, SiO2 층 위에 전사된 단일층 및 다층 그래핀이 다양한 환경조건 하에서 실험 되었다. 단일층 그래핀과 구리, 단일층 그래핀과 SiO2 계면에서는 균열 성장이 습도에 영향을 받지 않는 것을 확인하였다. 이와 같은 현상은 steric hindrance 로 설명될 수 있으며, 균열 측면 개구 변위 계산을 통하여 확인 되었다. SiO2 층 위에 전사된 다층 그래핀의 경우 그래핀 층간 박리가 되었으며, v-G 곡선을 통해 상당한 region II 가 보임을 확인 하였다. 이것은 그래핀의 층간 간격 증가로 인하여 물분자가 그래핀 층 사이에서 빠르게 확산된 결과라고 생각된다.
