신소재 그래핀에 대해 알고 싶습니다

Question

기사에서 우연히 접한 그래핀에 대해 궁금합니다
꿈의 소재라고도 하는데
그래핀이라는 소재를 어디 산업에 적용할 수 있는지
그 가능성과 가치는 얼마나 큰건지 궁금합니다

Answer 1

그래핀은 탄소 원자들의 한개의 층으로 루어진 벌집모양의 2차원 평면 구조로 되어 있는 탄소 동소체입니다.
그래핀은 전기전도도가 매우 높아 구리보다 100배 이상 이며, 전자이동성도 실리콘보다 100배 이상 빠릅니다.

또한 투명하고 전기정항성도 매우 낮습니다.
그래핀은 차세대 반도체와 태양전지, 디스플레이, 배터리 의 핵심소재로 주목 받고 있습니다.

최근에는 바이오분야, 전자기기, 주방기기, 생활용품등 어느곳에나 응용이 가능합니다.

이것이 꿈의 소재라 불리는 이유입니다.

Answer 2

안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.

그래핀은 탄소(흑연) 원자가 한 개의 층(원자 1개 층)을 가지며 6각 구조로 넓고 평평하게 2차원 구조를 가진 물질입니다.이라고합니다. 여기서 말하는 2차원은 가로 세로라고 생각하시면 되고, 높이는 원자 1개 사이즈로 되어있다고 생각하시면 됩니다.

이렇게 만들어진 물질의 특성은 전기 전도성이 매우 높다는 것과 강도가 매우 높다는 특징이 있습니다. 또한, 특정온도 이하로 내려가면 저항이 0이되는 초전도성을 가지고 있습니다. 이러한 특징을 가진 그래핀은 반도체나 태양 전지 등에 사용되고 있습니다.

Answer 3

안녕하세요. 권영수 과학전문가입니다.

탄소 동소체 중 하나인 그래핀(graphene)에 있어서 탄소 원자들은 육각형의 꼭짓점에 존재하며(sp2 결합) 넓게 퍼진 육각형 벌집 모양의 2차원 평면 결정 구조를 이루게 되는데 그래핀은 원자 한 개 두께로 이루어진 막으로 안정적인 구조로 존재하고 그래핀의 두께는 0.2nm 정도이지만 물리적 화학적 안정성이 높습니다.

그래핀은 기존의 전도성 소재와 필름재 등을 대체할 가능성이 있으며, 그래핀을 이용한 완제품 및 생산 및 검사에 필요한 장비들의 시장 규모가 늘어날 것으로 보입니다.

그래핀은 가벼우면서 내구성 강한 물체를 만들어 비행기나 자동차, 건축자재 등에 사용하고 그래핀의 강도로 섬유를 만든다면 가장 가볍고 안전한 전투복과 방탄복을 만들 수 있다는 점에서 이를 이용한 탄소 섬유가 주목받고 있기도 합니다. 또한, 그래핀 나노 소재는 다양한 성능을 가지기에 그 응용 분야는 무궁무진합니다. 특히 뛰어난 강도, 열전도율, 전자이동도 등이 요구되는 디스플레이, 2차 전지, 태양 전지, 자동차, 조명 등 다양한 산업에 응용되어 핵심 소재로서 주목받고 있고 투명 전극 재료는 가시광선 영역에서의 투과율이 80% 이상이면서 전기적 특성을 만족시켜야 하며 전하가 충분하고 이들 전하가 쉽게 움직일 수 있는 구조로 되어 있어야 하는데 투명 전극에 그래핀을 활용할 경우 면 저항의 크기에 따라 다음과 같은 분야에 사용됩니다.

그 외 그래핀의 응용 분야로는 방열 필름, 코팅 재료, 초박형 스피커, 바닷물 담수화 필터, 2차전지용 전극, 초고속 충전기 등 다양합니다.

Answer 4

고체는 어떻게 배열되어 있는가에 따라 전기전도도가 결정이 됩니다.

탄소 나노 튜브는 탄소원자 3개와 sp2의 육각형 벌집 무늬 구조이고, 그래핀은 2차원의 육각형 격자 구조입니다.

6각형으로 탄소를 2차원으로 배열하면 전기전도도가 매우 높아져 초전도체가 됩니다.

이것이 상용화가 된다면 당연히 전도율이 높아지므로 산업 전반의 에너지 효율이 높아지게 됩니다.

하지만 그래핀을 상용화하려면 만들기가 쉬워야하는데 현재 2차원 구조로 탄소를 배열하는 것이 매우 어렵습니다.