그래핀

그래핀

흑연을 뜻하는 '그래파이트'(Graphite)와 화학에서 탄소 이중결합 형식을 띤 분자를 뜻하는 접미사인 'ene'을 결합해 만든 용어이다.

영국 맨체스터대학교의 안드레이 가임 교수와 연구원 콘스탄틴 노보셀로프 박사가 흑연에 스카치테이프를 떼었다 붙이는 방법으로 세계 최초로 그래핀을 분리해냈다.

흑연의 한 층을 떼어내면 탄소원자가 육각형으로 연속 결합된 구조가 나타난다. 탄소 원자가 구형으로 뭉치면 풀러린(Fullerene), 원기둥 모양으로 말리면 탄소나노튜브, 펼치면 그래핀이 된다. 그래핀을 이루는 탄소 원자 하나하나는 이웃한 탄소와 전자 한 쌍 반을 공유하여 결합한다. 한 쌍의 전자가 탄소와 탄소 사이를 견고하게 연결시켜주는 동안 결합에 참여하지 않은 전자들이 그래핀 내에서 쉽게 움직일 수 있다.

이 때문에 그래핀은 실리콘에 비해 100배 이상 전자가 자유로이 이동할 수 있다. 벌집 모양 덕분에 충격에도 강하다. 그물을 구부리거나 당기면 모양은 변하지만 그물의 연결 상태는 변하지 않는 것과 마찬가지로 육각형 구조의 빈 공간이 완충 역할을 하기 때문이다. 강도는 강철보다 100배 강하고, 면적의 20%를 늘려도 끄떡없을 정도로 신축성이 좋다. 구부리거나 늘려도 전기 전도성이 사라지지 않는다. 열전도율도 금속인 구리의 10배가 넘고, 빛의 98%를 통과시킬 정도로 투명하다.

그래핀은 실리콘으로는 더 이상 진척이 없던 반도체 정보 처리속도를 획기적으로 높여줄 뿐만 아니라, 고성능 태양전지 개발, 유기 반도체 등 다양한 분야에서 활용 가능한 물질이다. 한국에서는 최근 고품질의 그래핀을 대량 합성하는 데 성공했으며, 국내 특허 출원을 완료하고 미국·유럽·중국·일본 등 국외 출원을 진행하고 있다.