최근 몇 년 동안 초경량 소재인 그래핀에 많은 관심이 쏠리고 있습니다. 그렇다면 그래핀이란 무엇일까요? 강철보다 200배 강하지만 종이보다 1000배 가벼운 물질을 상상해 보세요.
2004년, 맨체스터 대학교의 과학자 안드레이 게임과 콘스탄틴 노보셀로프는 연필심에 묻어 있는 바로 그 흑연을 가지고 실험을 했습니다. 그들은 이 물질에 호기심을 갖고 한 겹으로 제거할 수 있는지 알아보고 싶었습니다. 그래서 그들은 특이한 도구를 발견했는데, 바로 덕트 테이프였습니다.
하임은 BBC와의 인터뷰에서 "흑연이나 운모 위에 테이프를 올려놓고 윗부분을 벗겨내면 됩니다."라고 설명했습니다. 그러면 흑연 조각들이 테이프에서 떨어져 나옵니다. 그런 다음 테이프를 반으로 접어 윗부분에 붙이고 다시 분리합니다. 이 과정을 10~20번 반복하면 됩니다.
"조각들이 점점 더 가늘어지면서 분해됩니다. 결국에는 아주 가는 조각들만 벨트에 남게 되죠. 테이프를 녹이면 모든 것이 녹아 없어집니다."
놀랍게도 테이프를 이용한 방법은 놀라운 효과를 발휘했습니다. 이 흥미로운 실험을 통해 단층 그래핀 조각을 발견하게 되었습니다.
2010년, 하임과 노보셀로프는 닭장 철망과 유사한 육각형 격자 구조로 탄소 원자가 배열된 물질인 그래핀을 발견한 공로로 노벨 물리학상을 수상했습니다.
그래핀이 놀라운 물질인 주된 이유 중 하나는 바로 그 구조 때문입니다. 순수한 그래핀 단일층은 육각형 격자 구조로 배열된 탄소 원자층으로 이루어져 있습니다. 이러한 원자 규모의 벌집 구조가 그래핀에 탁월한 강도를 부여합니다.
그래핀은 전기적 특성 또한 탁월합니다. 상온에서 그래핀은 다른 어떤 물질보다 전기 전도성이 뛰어납니다.
우리가 이야기했던 탄소 원자들을 기억하시나요? 각 탄소 원자에는 파이 전자라고 불리는 여분의 전자가 하나씩 있습니다. 이 전자는 자유롭게 움직이기 때문에 여러 겹의 그래핀 층을 통해 거의 저항 없이 전도할 수 있습니다.
최근 매사추세츠 공과대학(MIT)에서 진행된 그래핀 연구를 통해 거의 마법과 같은 사실이 발견되었습니다. 그래핀 두 층을 아주 미세하게(단 1.1도) 정렬이 어긋나게 회전시키면 그래핀이 초전도체가 된다는 것입니다.
이는 저항이나 열 발생 없이 전기를 전도할 수 있음을 의미하며, 상온 초전도 현상에 대한 흥미로운 가능성을 열어줍니다.
그래핀의 가장 기대되는 응용 분야 중 하나는 배터리입니다. 뛰어난 전도성 덕분에 그래핀 배터리는 최신 리튬 이온 배터리보다 충전 속도가 빠르고 사용 시간이 더 깁니다.
삼성이나 화웨이 같은 대기업들은 이미 이러한 기술 발전을 우리 일상 기기에 도입하기 위해 노력하고 있습니다.
"2024년까지 다양한 그래핀 제품이 시장에 출시될 것으로 예상합니다."라고 케임브리지 그래핀 센터 소장이자 유럽 그래핀 협회(European Graphene)가 주도하는 그래핀 플래그십(Graphene Flagship) 연구원인 안드레아 페라리(Andrea Ferrari)는 말했습니다. 이 회사는 공동 프로젝트에 10억 유로를 투자하고 있으며, 이 협력은 그래핀 기술 개발을 가속화하고 있습니다.
플래그십의 연구 파트너들은 이미 현재 최고의 고에너지 배터리보다 용량이 20% 더 크고 에너지 소비량은 15% 더 많은 그래핀 배터리를 개발하고 있습니다. 다른 연구팀들은 햇빛을 전기로 변환하는 효율이 20% 더 높은 그래핀 기반 태양 전지를 개발했습니다.
헤드(Head) 스포츠 용품처럼 그래핀의 잠재력을 활용한 초기 제품들이 몇몇 있지만, 앞으로 더 큰 발전이 있을 것으로 기대됩니다. 페라리는 "우리는 그래핀에 대해 이야기하지만, 실제로는 수많은 가능성을 연구하고 있는 것입니다. 모든 것이 올바른 방향으로 나아가고 있습니다."라고 말했습니다.
이 기사는 인공지능 기술을 사용하여 업데이트되었으며, HowStuffWorks 편집자들이 사실 확인을 거치고 편집했습니다.
스포츠 용품 제조업체인 헤드(Head)는 이 놀라운 소재를 사용했습니다. 헤드의 그래핀 XT 테니스 라켓은 동일한 무게에서 20% 더 가볍다고 합니다. 진정 혁신적인 기술입니다!
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게시 시간: 2023년 11월 21일