미래의 신소재 - 그래핀(Graphene)

최근 주식시장에 그래핀 관련 테마주들이 폭등하면서 주식시장이 술렁거렸는데, 그래핀이란 무엇일까?

 

 

그래핀이란 :  탄소 원자들이 모여 2차원 평면 구조를 이루고 있는 물질.    그래핀 특성 : 물리적 강도의 뛰어남, 열전도성이 우수함, 탄성이 높음, 저항이 낮음.    그래핀 활용 분야 : 디스플레이, 방위산업, 반도체, 연료 전지 등 다양한 방면에 활용.    그래핀 상용화 : 실용화 미지수, 그러나 기술 연구는 진일보하고 있음.

 

 

<그래핀>

 

그래핀은 탄소들이 벌집 모양의 육각형 그물처럼 배열된 표면이 층으로 쌓여 있는 구조이다.

지구 상에는 다양한 탄소를 지닌 물질이 많이 존재하지만, 탄소의 결합 형태에 따라 다양한 물질로 나타나기도 한다.

 

이들은 탄소 동소체라고 부르고 있는데, 연필심에 있는 흑연, 다이아몬드는 천연적으로 생산되는 탄소 동소체중 하나다.

 

<탄소의 동소체인 흑연(좌) 다이아몬드(우)>

 

 

그래핀의 이론은 1947년 PR Wallace의 캐나다 이론 물리학자에서 흑연의 전자적 특성이 처음으로 나왔다.

흑연을 한 겹만 분리해 내면 독특한 물리적 성질을 지닌 새로운 물질이 나타날 것이라고 했다.

 

 

<2차원 평면의 그래핀>

 

즉, 흑연에서 한 층만 떼어낸다면 지구 상의 새로운 신소재가 발견된다는 것인데, 이론처럼 기술 개발은 쉽지 않았다.

1962년 과학자들은 연필심이나 흑연을 이용하여 극소량의 그래핀을 만들었지만, 그 이상의 연구 결과는 지진 부진되었다.

 

 

 

■■■ 그래핀의 역사

 

2004년 러시아 출신의 물리학자 안드레 가임과 콘스탄틴 노보셀 로프 교수는 연필심에 스카치테이프를 붙여 떼어낸 후 테이프에 달라붙은 흑연 가루를 붙여다 떼어내기를 반복하면서에 그래핀을 탄생시켰다.

 

 

 

2010년 흑연에서 그래핀만 발견해낸 그들의 공로를 인정받아 노벨 문리학상을 수상하게 된다.

이들의 발견은 황당할 정도로 아주 간단한 발견이었다.

 

이들의 실험으로 세상에서 가장 얇은 막을 지닌 물체를 이론이 아닌 실제 존재하고 있다고 증명하면서 

그래핀은 본격적으로 세상의 새로운 물질로 등장한다.

 

 

 

■■■ 그래핀의 특성

 

▣ 물리적 강도가 뛰어남

강철보다 200배 이상 강한 성질을 갖고 있다. 그래핀은 탄소 결합이 촘촘하게 연결되어 있어 무척 단단하다.

 

▣ 전기 전도성이 우수함

열 전도가 우수하다고 잘 알려진 구리나 알루미늄보다 100배 정도 높다.

그래핀이 원자의 진동을 쉽게 전달할 수 있기 때문이다.

 

▣ 탄력성

그래핀을 20%까지 늘리더라도 휘어지고 늘어나는 그래핀 고유의 특성은 변화하지 않는다. 또한 높은 물리적 강도와

전기전도성을 잃지 않는다.

 

▣ 전자 이동성

기존 반도체보다 전기의 흐름이 빨라질 수 있다. 현재 반도체 소재인 실리콘보다 무려 140배나 전자가 빠르게 움직인다.

 

 

 

■■■ 그래핀의 활용 분야

 

▣ 디스플레이

기존의 투명전극이나 디스플레이는 유연하게 휘는데 한계가 있다. 그래핀의 탄력성을 활용한다면 차세대 디스플레이로 제격이다.

 

▣ 방위산업

탱크와 전투복에 그래핀을 적용한다면 주변 환경에 위장이 가능하여 강력한 무기가 될 수 있다.

 

▣ 반도체

저항이 낮고 열손실이 적어 반도체 기능을 한층 업그레이드시켜 줄 것이라고 기대한다.

 

▣ 연료전지

기존 배터리보다 빠르게 충전이 가능하고 더 많은 연료를 저장할 수 있다.

 

 

 

■■■ 그래핀의 추출 방식

 

Top - down	기계적 박리	스카치 테이프로 흑연에서 그래핀을 분리	결과	결과는 좋지만 양산에는 적합하지 않음.
	화학적 박리	흑연을 화학처리하여 그래핀을 분리		플레이크나 용액형태로 대량생산이 가능하지만 품질 낮음
Bottom - up	CVD(화학기상증착법) : 열과 전기로 원료 가스의 화학작용을 일으켜 박막을 형성하는 기술.  가장 대표적인 방식

 

※ 그래핀 플레이크는 고강도 강판을 만들 때 배합하거나 충진 속도가 빠른 이차전지, 자동차나 비행기 경량화에 사용됨.

 

 

■■■ 그래핀의 상용화

 

기술 개발이 이루어진다면 모든 산업 분야에 기술 혁신을 선도 할 아주 중요한 소재이다.

그러나, 저렴한 가격과 품질을 균일하게 양산 가능케 하기 위한 기술 연구는 계속되어야 한다. 

 

 

대기업이 10년 동안 매진을 해도 상용화가 어려울 만큼 현재로서는 더 많은 기술이 필요한 소재이다.   그래핀의 무한 잠재력과 곧 실현 가능한 것처럼 떠들어 대는 매스컴에 많은 투자자들이 큰 기대감을 갖고 있다.   몇몇 기업들은 그래핀의 기술 사업에서 철수를 하거나 특허만 갖고 있는 관련 사업체들이   그래핀 테마주로 묶여 주가가 요동을 치고 있다.    이런 식의 묻지 마 투자는 반드시 경계를 해야 하지 않을까?

 

 

 

 

 

DAY - 03

 

계획을 치밀하게 세우십시오.

그 길 구간 구간에 대한 기한을 정하십시오.

준비된 인생길을 걸읍시다.

 

- 보리스 폰 슈메르체크 -