세상에서 가장 얇은 물질, 그래핀

 

안녕하세요 시제품 개발 전문기업​ 디자인웨일입니다.

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오늘은 세상에서 가장 얇은 물질, 그래핀에 대해 알아보겠습니다.

 

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1.그래핀이란?

 

탄소기반물질의 종류와 형태

 

그래핀 (Graphene)은 흑연(Graphite)을 나타내는 단어와 탄소원자끼리의

결합상태를 나타내는 ene이라는 접미사가 합쳐진 것입니다.

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2. 그래핀의 특성

1 ) 그래핀은 전기적, 기계적, 열적, 광학적으로 매우 우수한 성질을 보입니다.

2 ) 실리콘의 100 배에 이르는 전하 이동도와 구리의 100배에 이르는 허용 전류밀도를 가지며,

탄소소재 중 가장 열전도가 뛰어납니다.

3 ) 물성을 제어할 수 있도록 화학적 기능화가 가능하여 다양한 소재로의 응용이 가능합니다.

4 ) 투명전극 소재로 쓰이고 있는 기존의 ITO(Induim Tin Oxide)의 특성을

뛰어넘는 투명도와 유연성을 가지고 있어 기존 반도체와 디스플레이 정보기술의 패러 다임을 바꿀 신소재로 주목받고 있습니다.

 

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3. 그래핀소재의 합성 공정

그래핀의 대표적 합성방법

 

1 ) 물리적 박리법

테이프나 Shear Stress 등을 가하여 물리적인 방법으로 그래핀을 박리하는 방법입니다.

이 방법으로는 연구에 필요한 양질의 그래핀을 얻을 수 있으 나, 대면적이나 대량생산은 어렵습니다.

하지만 용액내에서 회전력을 가하여 흑연으로부터 그래핀을 박리하는 공정은

아직 초기단계이나 어느 정도 대량생산의 가능성을 보여주고 있습니다.

2 ) 화학적 박리법

용매를 이용하는 방법으로서 강산과 산화제를 이용하여 산화흑연(Graphite Oxide)의 제조를 통한 박리를 유도한 후,

환원(Reduction) 공정 거쳐 그래핀을 얻는 방법입니다.

화학적 박리법은 그래핀의 대량 생산에 가장 유리한 것으로 알려진 방법으로 알려졌지만,

강산을 이용한 흑연의 산화로 인하여 환원 후 그래핀 의 결함 및 산소 작용기의 완벽한 제거가 어려운 단점이 있습니다.

화학적 박리법에 의한 그래핀은 많은 결함으 로 인하여 물성이 좋지 않습니다.

효과적인 환원공정을 통하 여 물성을 향상시키는 노력이 진행중입니다.

3 ) 화학기상증착법

화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition)은 고온에서 Ni, Cu, Pt 등과 같이

탄소에 쉽게 흡착되는 금속을 SiO2 기판 위에 촉매층으로 증착하고, 메탄, 수소 등이 존재하는 혼합가스 분위기와

1,000℃ 이상의 고온조건에서 탄소가 촉매층과 반응한 후,

냉각을 시키면 촉매층에 녹았던 탄소원자들이 표면 에서 결정화 되어 그래핀을 형성하는 공정입니다.

4 ) 에피택셜 성장

에피택셜 성장법은 실리콘 카바이드 (SiC) 등의 탄소가 결정 구조에 흡착, 포함되어 있는 재료를

1,500℃의 고온에서 열처리하면 실리콘이 증발되고 SiC중의 탄소가 결정 표면을 따라 그래핀을 형성하게 됩니다.

이 공정은 다른 공정에 의해 형성된 그래핀보다 좋지 않은 물성을 가지며, 재료가 비싸고 공정이 복잡하다는 단점이 있습니다.

 

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4. 그래핀 합성 공정의 비교

 

공정 방법	박리법		성장법
	물리적	화학적	화학기상 증착	에피택셜
특성	매우 우수	나쁨	우수	우수
전도도	매우 우수	낮음	우수	우수
크기	~ 100 ㎛	~ 100 ㎛	~ 30 inch	SiC water
공정 난이도	쉬움	쉬움	복잡	보통
대량 생산	어려움	가능	가능	어려움

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5.그래핀 소재의 응용

우수한 물성으로 인해 그래핀 소재는 매우 폭넓게 응 용될 가능성을 가지고 있습니다.

투명 디스플레이, 발광소재, 에너지, 전극 재료 등의 분야에 응용할 수 있는 연구들이 진행되고 있습니다.

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오늘은 세상에서 가장 얇은 물질, 그래핀에 대해서 알아봤는데요.

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