화학에서 그래핀이라고 하는 것은 뭔가요?

Question

안녕하세요.

화학분야에서 그래핀(Graphene)이라고 하는 것은 무엇인가요?

그래핀은 어떤 구조,특징이 있나요??

Answer 1

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

그래핀은 화학적으로는 탄소 원자로 구성된 2차원의 평면 구조를 가진 결정체입니다. 그래핀은 탄소 원자들이 평면 상에서 육각형 형태로 배열되어 이루어진 구조로, 펜실베니아 주립대학교의 안드레 게임과 코스타스 노보소로프가 2004년에 처음으로 분리하고 관련 연구를 진행하여 발견되었습니다.

그래핀은 다양한 특성과 우수한 물리적, 화학적 성질을 가지고 있어 많은 관심을 받고 있습니다. 그 중에서도 그래핀의 뛰어난 전기 및 열 전도성, 기계적 강도, 유연성 등이 주목받고 있습니다. 이러한 특성은 다양한 분야에서의 응용 가능성을 열어주고 있습니다. 예를 들어, 전자 기기의 고성능 소자, 에너지 저장 장치, 센서, 산업 재료 등 다양한 분야에서 그래핀의 특성을 활용한 연구와 응용이 진행되고 있습니다.

그래핀은 단일 원자 층의 두께를 가지고 있으며, 2차원 구조를 가지기 때문에 평면적인 특성을 가지고 있습니다. 이러한 특성은 그래핀을 다양한 기술적 응용에 유리하게 만들어 줍니다. 그래핀은 탄소 원자의 강한 결합과 고도로 이동 가능한 전자들로 인해 특별한 물성을 가지고 있습니다.

Answer 2

안녕하세요. 김경렬 과학전문가입니다.

그래핀은 탄소 원자들이 육각형의 벌집 모양으로 서로 연결되어 2차원 평면 구조를 이루는 고분자 탄소 동소체입니다.그래핀 하나는 2차원 구조이지만, 실제로 쓰이는 그래핀은 많은 그래핀들이 차곡차곡 쌓인 형태로 존재합니다.

흑연에서 분리해냄으로써 처음 그 정체가 알려졌고 또한 흑연과 구성원소가 같읍니다.그런 부면에서 흑연을 뜻하는 Graphite, 그리고 탄소 화합물이므로 탄소화합물을 뜻하는 접미사 'ene'의 두가지 의미가 결합되어, 'Graphite + ene = Graphene' 이 되었읍니다.

그래핀의 특성은 다음과 같으니 참고하시기 바랍니다.

1) 전기적인 특성 : 구리보다 100 배 이상의 높은 전기전도도

2) 기계적 특성 : 현존하는 물질 중 가장 얇은 두께에서 기계적 강도가 가장 높은 소재

3) 열적 특성 : 높은 열전도도(다이아몬드의 2배에 해당하는 열전도도 값)

4) 광학적 특성 : 단일 층의 그래핀이 지난 광학적 투과도

5) 가스차단 특성 : 결점이 없는 2차원의 판상구조 형태를 가지고 있는 그래핀은 산소나 질소 같은 모든 기체에 대해서 우수한 차단특성

6) 치수 안정성 : 그래핀의 경우 매우 안정한 탄소원자간의 결합을 통해 형성된 2차원 물질이기 때문에 매우 낮은 열팽창 계수 값을 가지게됩니다

Answer 3

안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다.그래핀은 매우 강한 기계적 특성을 갖고 있으며, 높은 인장강도와 탄성을 가지고 있습니다. 또 전도성이 매우 뛰어나며, 전자의 이동이 자유롭게 일어날 수 있습니다. 그래핀은 광학적 특성이 우수하며, 넓은 스펙트럼 범위에서 빛을 흡수하고 방출할 수 있습니다

Answer 4

안녕하세요. 김태경 과학전문가입니다.

그래핀(graphene)은 탄소 동소체 중 하나이며, 탄소 원자들이 모여 2차원 평면을 이루고 있는 구조이다. 각 탄소 원자들은 육각형의 격자를 이루며 육각형의 꼭지점에서 탄소 원자가 위치하고 있는 모양이다. 이 모양을 벌집구조 또는 벌집격자라고 부르기도 한다.

Answer 5

안녕하세요. 형성민 과학전문가입니다.

그래핀은 단일 원자층으로 구성된 탄소 원자들의 2차원 평면 구조입니다. 이러한 구조는 평면 상에서 평평하게 배열된 탄소 원자들로 이루어져 있으며, 헥사고날 (hexagonal) 패턴으로 배열됩니다. 이 특이한 구조로 인해 그래핀은 여러 가지 흥미로운 물리적, 화학적 특성을 가지게 됩니다. 예를 들어, 그래핀은 매우 강한 기계적 강성과 유연성을 가지고 있으며, 열 전도성과 전기 전도성도 매우 높습니다. 이러한 특성은 그래핀을 나노전자공학, 재료 과학, 광학, 바이오의학 등 다양한 분야에서 매우 유용하게 활용되고 있습니다.

Answer 6

안녕하세요. 이원영 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 이룬다. 그래핀은 원자 한 개 두께로 이루어진 막으로 안정적인 구조로 존재한다. 그래핀의 두께는 0.2nm 정도이지만 물리적 화학적 안정성이 높다

그림에는 여러 가지 탄소 동소체의 구조가 나와 있다. 탄소의 다른 동소체에는 흑연, 탄소 나노튜브, 풀러렌, 다이아몬드 등이 있다. 그래핀은 동일한 결합구조이지만 여러 층이 겹쳐 있는 흑연과는 다른 특성을 보인다.

탄소 동소체의 구조: a) 다이아몬드 b) 흑연, c) 풀러렌, d) 그래핀, e) 비결정성 탄소, f) 탄소나노튜브 (출처와 출처를 발췌해서 편집)

Answer 7

안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.

그래핀은 흑연을 테이프위에 가루를내고 테이프를 부착했다가 떨어뜨리는것을 반복하여 만든것입니다.

반복하여 층이 하나만 남을때까지 반복하면 육각형태의 탄소시트가 만들어지는데, 이 그래핀은 전기전도성도 좋고 내구성도 좋아 산업곳곳에서 사용됩니다.