그래핀

위키백과, 우리 모두의 백과사전.
이동: 둘러보기, 검색
그래핀은 원자 크기의 벌집 격자이다.

그래핀(영어: graphene)은 탄소동소체 중 하나이다. 탄소 원자들이 각각 sp2 결합으로 연결된 원자 하나 두께의 2차원 구조로, 벤젠 형태의 탄소 고리가 벌집 형태의 결정 구조를 이룬다. 흑연과 비슷한 결정 구조를 가지지만 한 개의 층을 가진다.

그래핀이라는 용어는 흑연을 뜻하는 graphite에 -ene 접미사를 합성한 것이다.

2010년 안드레 가임콘스탄틴 노보셀로프는 "2차원 물질 그래핀에 대한 창시적 실험"으로 노벨 물리학상을 수상했다.

물성[편집]

결정 구조[편집]

sp2 혼성에 의해 벤젠 형태의 육각형 고리가 2차원 방향으로 뻗어나간 모양을 하고 있으며, 이로부터 2차원 결정 구조를 갖는다.

전기적 성질[편집]

띠구조에 따라 반금속(semi-metal)으로 분류되며, 그래핀의 크기가 일정 정도 이상 작아져서 그래핀 나노리본을 형성할 경우 띠틈이 생긴다.

광학적 성질[편집]

원자 한 개 두께의 막이기 때문에 굉장히 투명한 것으로 알려져 있으며, 백색광의 경우 2.3%의 흡수율을 보인다.

자기적 성질[편집]

제조/합성 방법[편집]

박리[편집]

이 문단은 위키백과의 편집 지침에 맞춰 다듬어야 합니다. 더 좋은 문단이 되도록 문단 수정을 도와주세요. 내용에 대한 의견이 있으시다면 토론 문서에서 나누어 주세요. (2013년 4월 7일에 문단의 정리가 요청되었습니다.)

일반적으로 쉽게 얻을 수 있는 흑연으로부터 그래핀을 떼어내는 방법이다. 상대적으로 낮은 에너지가 필요하고, 대량생산이 가능하나 넓은 면적으로 만들기 어렵고, 결함의 비율이 높다는 단점이 있다. 떼어내는 방법에 따라 물리적, 화학적 박리로 분류할 수 있다.

  • 물리적 박리 : 안드레 가임과 노보셀로프 교수가 흑연을 스카치테이프에 놓고 스카치테이프의 양끝을 붙이고 떼어내는 것을 며칠 동안 반복해 그래핀을 최초로 분리하였다. 이 물리적 박리는 크기와 형태를 제어할 수 없고 대량 생산을 하지 못한다는 단점이 있다.
  • 화학적 박리 : 가장 활발하게 연구 되는 화학적 박리법은 먼저 흑연을 강산과 산화제로 산화화시켜 산화 흑연을 만든다. 산화 흑연은 친수성이므로 물분자가 면과 면사이로 삽입되는 것이 용이하게 된다. 이로 인해 면간 간격이 늘어나 장시간의 교반이나 초음파 분쇄기를 이용해 쉽게 박리시킬 수 있다. 그 종류에는 용액 환류, 수용액성 카르보디마이드, 하이드라진 분쇄가 있다. 공통적으로 미세한 흑연 결정을 강한 황산과 질산 혼합물에 넣어 그래핀 판들의 가장자리에 카르복실 화합물들이 붙어 있게 한다. 염화 티놀에 의해 산염화물로 바뀌고 다시 옥타데실아민을 써서 그래핀 아미드(Graphine-COOH)를 만든다. 이것들을 테트라히드로푸란, 테트라클로로메탄, 디클로로에탄같은 용액을 이용해 환수하면 분쇄가 일어나고 개별의 그래핀 판들이 생성된다. 하이드라진으로 환수하는 것은 그래핀의 20~30%를 잃을 수 있다. 마지막으로 카르보디마이드를 써서 분쇄하면 그래핀이 불안정하고 그래핀 시트가 그래핀 덩어리로 부서질 수 있다. 이 세가지 방법은 모두 박리된 그래핀의 질이 좋지 않다는 단점이 있다.

합성[편집]

탄소원으로부터 그래핀 막을 직접 합성하는 방법이다. 상대적으로 높은 에너지가 필요하나 넓은 면적으로 결함이 거의 없이 기를 수 있다는 장점이 있다.

참고 문헌[편집]

바깥 고리[편집]

  • (한국어) 서순애 (2010년 12월). 그래핀의 매력: 새로운 물리현상의 보고. 《물리학과 첨단기술》 19 (12): 6–10. doi:10.3938/PhiT.19.060.
  • (한국어) 홍병희 (2010년 12월). 그래핀 노벨상의 주역들. 《물리학과 첨단기술》 19 (12): 2–5. doi:10.3938/PhiT.19.059.
  • (한국어) 안종현 (2010년 12월). 응용기술 측면에서의 그래핀 노벨상 수상의 의의. 《물리학과 첨단기술》 19 (12): 11–13. doi:10.3938/PhiT.19.061.