최근 몇 년 동안 초소재 그래핀에 많은 관심이 집중되었습니다. 그렇다면 그래핀이란 무엇일까요? 강철보다 200배 강하지만 종이보다 1,000배 가벼운 물질을 상상해 보세요.
2004년, 맨체스터 대학교의 두 과학자 안드레이 가임과 콘스탄틴 노보셀로프는 흑연을 가지고 "실험"했습니다. 네, 연필심에 있는 것과 똑같은 물질이죠. 그들은 흑연에 호기심이 많았고, 한 겹으로 제거할 수 있는지 알고 싶어 했습니다. 그래서 특이한 도구, 덕트 테이프를 발견했습니다.
하임은 BBC와의 인터뷰에서 "흑연이나 운모 위에 테이프를 붙인 후 윗면을 벗겨냅니다."라고 설명했습니다. 흑연 조각이 테이프에서 떨어져 나갑니다. 그런 다음 테이프를 반으로 접어 윗면에 붙인 후 다시 떼어냅니다. 이 과정을 10~20회 반복합니다.
"그 조각들은 점점 더 얇아져요. 결국 아주 얇은 조각들이 벨트에 남게 되죠. 테이프를 녹이면 모든 게 녹아내리죠."
놀랍게도 테이프 방식은 놀라운 효과를 보였습니다. 이 흥미로운 실험 덕분에 단층 그래핀 플레이크가 발견되었습니다.
2010년, 하임과 노보셀로프는 닭고기 철망과 비슷한 육각형 격자로 배열된 탄소 원자로 구성된 물질인 그래핀을 발견한 공로로 노벨 물리학상을 수상했습니다.
그래핀이 놀라운 이유 중 하나는 바로 그 구조입니다. 순수한 그래핀 한 층은 육각형 격자 구조로 배열된 탄소 원자층으로 보입니다. 이러한 원자 단위의 벌집 구조 덕분에 그래핀은 놀라운 강도를 지닙니다.
그래핀은 전기적으로도 매우 뛰어난 물질입니다. 실온에서 다른 어떤 물질보다 전기를 잘 전달합니다.
우리가 논의했던 탄소 원자 기억하시나요? 탄소 원자 각각에는 파이 전자라는 전자가 하나 더 있습니다. 이 전자는 자유롭게 움직여 여러 층의 그래핀을 거의 저항 없이 전도할 수 있습니다.
매사추세츠 공과대학(MIT)에서 그래핀에 대한 최근 연구에서 거의 마법과 같은 사실을 발견했습니다. 그래핀 두 층을 약간(단 1.1도) 회전시키면 그래핀이 초전도체가 됩니다.
이는 저항이나 열 없이 전기를 전도할 수 있다는 것을 의미하며, 미래에 실온에서 초전도성을 구현할 수 있는 흥미로운 가능성을 열어줍니다.
그래핀의 가장 기대되는 응용 분야 중 하나는 배터리입니다. 그래핀의 뛰어난 전도성 덕분에 최신 리튬 이온 배터리보다 더 빨리 충전되고 더 오래 지속되는 그래핀 배터리를 생산할 수 있습니다.
삼성과 화웨이 등 일부 대기업은 이미 이러한 길을 택해, 이러한 발전을 우리의 일상 가젯에 도입하고자 노력하고 있습니다.
케임브리지 그래핀 센터 소장이자 유럽 그래핀(European Graphene)이 운영하는 이니셔티브인 그래핀 플래그십(Graphene Flagship)의 연구원인 안드레아 페라리는 "2024년까지 다양한 그래핀 제품이 시장에 출시될 것으로 예상합니다."라고 말했습니다. 유럽 그래핀은 공동 프로젝트에 10억 유로를 투자하고 있습니다. 이 제휴는 그래핀 기술 개발을 가속화할 것입니다.
플래그십의 연구 파트너들은 이미 현재 최고 수준의 고에너지 배터리보다 용량이 20%, 에너지가 15% 더 높은 그래핀 배터리를 개발하고 있습니다. 다른 팀들은 태양광을 전기로 변환하는 효율이 20% 더 높은 그래핀 기반 태양 전지를 개발했습니다.
헤드 스포츠 장비처럼 그래핀의 잠재력을 활용한 초기 제품들이 있지만, 최고의 제품은 아직 나오지 않았습니다. 페라리는 이렇게 말했습니다. "우리는 그래핀에 대해 이야기하지만, 실제로는 연구 중인 수많은 옵션에 대해 이야기하고 있습니다. 상황은 올바른 방향으로 나아가고 있습니다."
본 기사는 인공지능 기술을 활용하여 업데이트되었으며, HowStuffWorks 편집자들이 사실 확인을 거쳐 편집했습니다.
스포츠 장비 제조업체 Head는 이 놀라운 소재를 사용했습니다. 그들의 Graphene XT 테니스 라켓은 동일한 무게에서 20% 더 가볍다고 합니다. 정말 혁신적인 기술이죠!
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게시 시간: 2023년 11월 21일