그래핀 소개
그래핀이란?
그래핀(Graphene)은 탄소 원자 한 층이 벌집 모양으로 배열된 초경량 신소재입니다.
그래핀이 주목받는 이유는 압도적인 성능 때문입니다.
인장강도는 강철(1020 GPa)보다 약 100~300배 더 강하고,
실온에서의 열전도성은 5300 W·m−1·K−1로 다이아몬드보다 우수합니다.
또한 전기 전도성이 뛰어나며 유연성과 투명성까지 갖추고 있습니다
(전자 이동도 ≥ 15,000 cm²·V−1·s−1, 투과율 97.9%).
두께는 원자 1층(0.33 nm) 수준으로 종이보다 백만 배 얇아,
무게 또한 매우 가벼운 것이 특징입니다 (0.77 mg/m²).
그래핀은 오래전부터 존재가 알려져 있었지만, 실제로 이를 분리해 연구하기까지는 많은 시간이 필요했습니다. 1962년 흑연에서 극소량의 그래핀이 관측되었지만 기술적 한계로 연구는 진전되지 못했습니다. 그러던 중 2004년 맨체스터 대학의 안드레 가임 교수와 콘스탄틴 노보셀로프 교수가 스카치 테이프를 이용해 흑연에서 단층 그래핀을 벗겨내는 방법을 개발하면서 그래핀은 다시 주목받기 시작했습니다.
2005년 9월, 콜롬비아 대학의 김필립 교수는 안드레 가임 교수와 동시에 그래핀에서 나타나는 양자홀 효과(Quantum Hall Effect)를 발표했고, 2007년에는 두 연구팀이 함께 실온에서의 양자홀 효과에 대한 연구 결과를 발표했습니다. 2010년, 가임교수와 노보셀로프 교수는 2차원 물질인 그래핀을 발견했다는 획기적인 공로를 인정받아 노벨 물리학상을 수상하게 됩니다.
그래핀 발견 이후 전 세계는 그래핀 연구에 앞다투어 뛰어들었고, 그래핀은 ‘꿈의 신소재’로 불리며 플렉서블 디스플레이, 고효율 태양전지, 전도성 잉크, 스마트 윈도우 등 다양한 분야에서 응용 가능성이 기대되고 있습니다.
그래핀의 7대 특성
강철보다 200배 이상 강한 강도
(인장력 ~130 GPa, 강도 ~1.1 TPa)
뛰어난 전기 전도도
(저항 10 ohm/cm,
전자이동도 40.000 cm .v-1 .s-1)
뛰어난 열 전도성
(5300 W.m-1.K-1)
높은 투과도
(97.7%)
원자 1층의 얇은 두께
(0.33 nm)
넓은 표면적
(2630 m2/g)
초경량
(0.77 mg/m)
탄소 나노튜브(Carbon Nanotube)
탄소나노튜브는 동소체로 벌집 구조의 탄소가
기둥 모양으로 말려있는 형태를 하고 있습니다.
탄소 나노튜브는 그 종류가 여러가지 있는데 탄소 벽의 개수에 따라서
Single-walled, Double-walled, Multi-walled로 나뉘어집니다.
풀러렌(Fullerene)
탄소 원자가 구, 타원체, 원기둥 모양으로 배열된 분자를 통칭하는 말입니다.
주로 탄소 원소 60개가 축구공 모양으로 결합하여 생긴 C60을 말합니다.
흑연(Graphite)
그래핀 층이 판형으로 배열된 3D 결정구조 물질입니다.
그래핀(Graphene)
탄소의 동소체로 육각형 구조의 탄소가 원자 1층으로 배열된 2차원 물질입니다.