세상을 바꿀 신소재 그래핀 (누구나 쉽게 이해하는 그래핀 설명)

우주에서 가장 얇은 물질이 있습니다. 얇아도 너무 얇아요.

얇아서 건들면 ‘톡’하고 찢어질 것 같다고요?

그런데 세상에! 이 물질은 건들면 ‘톡’ 찢어지기는커녕 아무리 두드려도 끄떡없습니다. 

알고 보니 이 물질의 강도가 강철의 200배나 될 정도로 강하다고 합니다. 

지금까지 측정된 물질 중 가장 강하다고 합니다.

‘강철처럼 강하니까 강철처럼 단단하고 뻣뻣하겠지요?’

그러나 그것도 아닙니다. 이 물질은 위/ 아래/ 옆/ 앞/ 뒤로 휙휙 휘리릭~ 유연하게 마구 마구 휘어진답니다.

 

도대체 이 물질이 무엇이냐고요?

그건 바로 ‘그래핀’입니다.

 

아마 요즘 이런 말을 자주 들어보셨을 거예요.

‘세상을 바꿀 가능성을 지닌 신소재, 그래핀’, ‘꿈의 소재, 그래핀’

이번 포스팅을 끝까지 읽고 나신다면, 그래핀이 어떤 물질인지 알고, 감탄하실텐데요,

그래핀은 앞에서 열거한 특성 외에도 신기한 특성을 많이 가진 물질이에요.

 

자, 그럼 지금부터 그래핀의 세계로 Go! Go! Go!

 

 

01    세상을 바꿀 신소재, 그래핀

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지금으로부터 10여년 전,입니다. 

영국 맨체스터 대학 교수 안드레 가임과 연구원 콘스탄틴 노보셀로프 박사는 연필심과 스카치테이프를 가지고 무언가를 하고 있었습니다.

 

연필심과 스카치 테이프를 가지고 무슨 연구를 하고 있던 걸까요?

               

그들은 연필심(탄소)에 스카치테이프를 붙였다 떼었습니다. 

그런 다음 이걸 다른 스카치테이프에 또 다시 붙였다 떼었습니다. 

아래 동영상처럼 말입니다.

이 단순한 동작을 계속해나갈수록 테이프에 붙은 연필심은 점점 흐려졌는데요,

그러다가 마침내 마지막 한 층을 얻어낼 수가 있었습니다.

그게 바로 그래핀이랍니다.

그래핀은, 탄소 원자가 그물망처럼 육각형으로 결합하여 시트 모양으로 되어 있답니다.

연필심(흑연), 다이아몬드, 그래핀의 공통점은?

연필심(흑연), 다이아몬드, 그래핀은 모두 탄소로 이루어진 물질이에요.

똑같은 탄소로 만들어졌다는 게 이해가 안 가신다고요?

같은 탄소로 만들어졌지만, 어떻게 짜여져 있는지가 달라서 그래요.

똑같은 실을 가지고도 짜는 방법에 조직이 달라지듯이,

똑같은 탄소로 이루어져있어도, 어떻게 조직되어 있느냐에 따라 특성이 달라지는 것이죠.

이렇게 2004년 그래핀을 발견해낸 안드레 가임과 콘스탄틴 노보셀로프는, 

그 공로를 인정받아 2010년도 노벨 물리학상을 수상하게 되었답니다.

02   꿈의 물질, 그래핀의 특성

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앞에서도 잠깐 언급했지만, 그것 외에도 그래핀은 신기한 특성들을 많이 지녔답니다.

 

 그래핀은 300만 장을 겹쳐도 1mm

그래핀의 두께는 탄소 원자 1개의 두께밖에 되지 않아요. 그래핀 300만 장을 겹쳐도 1mm밖에 되지 않고요, 그래핀 1g만으로도 축구장 전체를 덮을 수도 있어요.

 

 그래핀은 강철의 200배 이상 강해요.

다이아몬드만큼 강한 그래핀의 강도는 강철의 200배나 된답니다.

 

 그래핀은 구리보다 전기가 100배 이상 잘 통해요.

 

 그래핀은 실리콘보다 100배 전자 이동성이 빨라요.

반도체의 원료가 되는 실리콘보다 100배나 빨리 전자가 이동해요.

 

 그래핀은 다이아몬드보다 2배 이상 열전도성이 높아요.

 

 그래핀은 신축성이 매우 뛰어나서 잘 휘어져요.

그래핀은 원래 길이의 25%만큼 늘어날 수 있어요.

 

 그래핀은 빛을 대분분 통과시켜서 투명해요.

투명한 그래핀은 반사광의 2.3%만 흡수를 해요.

 

 그래핀은 차가우면 팽창하고, 뜨거우면 수축하는 유일한 물질입니다.

보통의 물질은 차가우면 수축하고 뜨거우면 팽창을 하지요. 

하지만 그래핀은 특이하게도 차가우면 팽창하고 뜨거우면 수축하는 물질이에요.

 

 그래핀 가장 작은 물질(헬륨)조차 통과시키지 않아요.

 

 

03    미래를 열어줄, 그래핀의 활용

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그래핀을 발견한 건 그리 오래된 일이 아니에요.

2004년도에 그래핀을 발견한 뒤로, 그래핀의 특성들이 밝혀진 건 채 10년도 되지 않을 거예요.

하지만 지금 전세계 과학자, 기업가, 국가는 그래핀의 제조 및 이용 개발에 격전을 벌이고 있어요.

그런 만큼 앞으로의 세상에서는 그래핀이 아주 흔한 재료처럼 쓰일지도 몰라요. 

지금 우리가 플라스틱이나 철을 흔하게 사용하는 것처럼요.

 

그렇다면 꿈의 소재라고 하는 그래핀은 어떻게 활용될 수 있을까요?

얼마 전 캐나다의 한 군수업체가 그래핀을 활용해서, 

해리포터에 나오는 투명망토를 재현에 성공을 했다고 하는데요,

이것 외에도 그래핀을 활용할 수 있는 분야는 아주 다양해요.

 그래핀 활용의 예

초고속 반도체, 휘는 디스플레이, 디스플레이만으로 작동하는 컴퓨터, 고효율 태양 전지, 손목에 차는 컴퓨터나 전자 종이, LED의 방열 모듈, 전자파 차단 재료, 정전기 방지 재료, 전도성 잉크, 차세대 배터리, 초강력 운송수단, 특수 섬유 등

 

 

그래핀을 활용한 제품들은 언제쯤이면 우리 생활에서 보편적으로 사용할 수가 있을까요?

보통 새로운 소재가 대량 생산되기까지는 수십 년의 세월이 걸리기도 해요. 

하지만 현재 그래핀 기술 개발과 이용에 수많은 투자가 일어나고 있는 만큼, 

그래핀 상용화는 그리 먼 일이 아닐지도 모릅니다.

 

지금까지 그래핀에 대해 여러 가지를 알아보았는데요,

이젠 그래핀이 무엇인지, 또 우리가 그래핀으로 무얼 할 수 있는지 알 수 있겠죠?

여러 가지 신기한 특성을 지닌 그래핀,

그래핀을 알면 미래가 보이는 만큼,

앞으로는 그래핀에 대해 관심을 더 많이 가져보면 어떨까요?

 

오늘도 활기차고 즐거운 하루 되세요!