Graphene -a single layer of graphite- have attracted tremendous interests due to its outstanding electri-cal and mechanical properties. Recent literatures have reported that single layer exhibits desirable charge transport and mechanical properties such as high carrier mobility ($~200000 cm^2 V^{-1} s^{-1}$), thermal conductivity ($~5000 W m^{-1} K^{-1}$), high Young’s modulus (1000 GPa) and fracture strength (~125 GPa). Here, we reported the electrical and tribological properties of graphene using scanning probe microscopy (SPM). SPM has capa-bility to simultaneously measure topological, electrical, and tribological properties simultaneously thus, the correlation among those properties could be studied at the nanoscale. In the section 2, the correlation between charge transport and mechanical deformation of a graphene layer grown on a Cu substrate by the chemical vapor deposition (CVD) method was studied with conductive probe atomic force microscopy (AFM) / friction force microscopy (FFM). And the graphene oxidation which is made by electromigration of oxygen ions of substrate is discussed. Atomically thin graphene is also the ideal model system for studying nanoscale friction due to its intrinsic two-diemnsional anisotropy, and it has unique tibological property of graphene such as thickness-dependence, chemical and substrate effects. In section 3, we report tribological property of graphene such as the unexpectedly enhanced nanoscale friction of chemically modified graphene and unusual layer-dependent frictional behavior of reduced graphene oxide. We introduced the friction model for 2-dimensional materials which is expected to shed light on fundamental microscopic tribology in 2D surface system.
Andre Geim 과 Konstantin Novoselov에 의해 발견된 그래핀은 높은 전하수송도 ($~200000 cm^2 V^{-1} s^{-1}$) 및 열전도도($~5000 W m^{-1} K^{-1}$), 우수한 기계적 강도 (영계수1000 GPa) 등의 우수한 전기적, 기계적 특성을 갖고 있으며, 이로 인해 많은 관심을 받아오고 있다. 본 논문에서는 주사탐침현미경 (Scanning probe microscopy)를 이용하여 나노수준에서의 그래핀의 전기적특성 및 마찰력에 대한 연구를 수행하였다. 전도성 원자력 현미경 분석을 통해 그래핀의 기계적 변형이 전하수송 특성에 변형시켜 전류밀도가 선형적으로 증가 또는 감소하는 결과를 관측하였다. 또한 금속산화물 기판에 존재하는 산소 이온을 electromigration 시킴으로써 그래핀의 산화상태를 가역적으로 변화시킬 수 있음을 보였으며, 이에 따른 전기적 특성의 변화를 관찰하였다.
또한, 그래핀등의 2차원 물질에서는 마찰력과 두께의 상관관계, 기판효과 및 화학적 개질에 의한 영향등 다양한 마찰특성이 보고되고 있는데, 이는 2차원 물질의 puckering, 원자수준의 주름, 기판과의 점착력 등에 의해서 마찰 특성을 달라진다고 알려져 왔다. 본 연구에서는 SPM을 이용해 2차원 물질에서 일어나는 마찰현상을 규명하였으며, 화학적 개질에 따른 그래핀의 out-of-plane stiffness 변화가 마찰력 변화에 주도적인 원인임을 밝혀내었다. 또한 reduced graphene oxide와 epitaxial graphene등의 모델 시스템을 통하여 2차원 물질의 기계적 특성과 마찰특성에 대한 상호관계를 규명하였다. 본 연구는 그래핀 물성간의 상호관계를 이해하여, 그래핀이 갖는 가능성 및 한계를 극복하고, 다양한 분야로의 적용이 가능하게 하는 기틀을 마련하는데 기여할 것으로 판단된다.
