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[벌집모양 만능 소재 그래핀 ①] 4차산업 핵심 분야 속속 적용

[뉴스비전e 김혜진 기자] 첨단 IT기술이 급속도로 발전되면서 휘어지거나 투명한 디스플레이, 입는 컴퓨터 등 차세대 제품에 대한 관심이 높아지고 있다.

이런 최첨단 제품 생산에 가장 중요한 원료 중 하나가 바로 그래핀(Graphene)이다.

글로벌 기업들은 그래핀 원소재 양산 및 합성시스템과 그래핀 규격화 · 실시간 측정기술 확보를 위해 총력을 기울이고 있다.

꿈의 신소재 그래핀에 대해 자세히 알아본다. [편집자 주]

 

[① 현존하는 가장 특색있는 소재! 4차산업 핵심 분야 속속 적용]

탄소원자로 만들어진 원자크기의 벌집 형태 구조를 가진 소재. 흑연(Graphite)을 원료로 만들기 때문에 명칭도 그래핀이라 부른다. 

그래핀은 현존하는 소재 중 특성이 가장 뛰어난 소재이다. 두께가 0.2nm로 얇아서 투명성이 높고, 상온에서 구리보다 100배 많은 전류를, 실리콘보다 100배 빨리 전기를 전달할 수 있다. 

강도는 강철보다 200배 이상 강하며, 최고의 열전도성을 자랑하는 다이아몬드보다 2배 이상 열전도성도 높다. 또한, 빛을 대부분 통과시키기 때문에 투명하며 신축성도 매우 뛰어나다.

그래핀은 탄소 원자들이 2차원 상에서 Sp결합에 의한 벌집 모양의 배열을 이루면서 원자 한 층의 두께를 가지는 반금속성(Semi-metalic) 물질이다.

< 흑연, 플러렌, 탄소나노튜브, 그래핀 / amkor.co.kr >

3차원으로 적층하면 흑연(Graphite)구조, 1차원으로는 탄소나노튜브(Carbon Nanotubes) 0차원의 공모양(Buckyball)을 이루는 물질로 다양한 저차원 나노현상을 연구하는 데 중요한 모델이 되어왔다.

그래핀은 구조적, 화학적으로도 매우 안정된 소재다. 

기존 반도체의 경우 표면의 비결합 원자들과 결정구조의 결함으로 저항이 발생함으로 인해 나노소자의 크기와 효율의 한계가 나타났다.

이에 비해 그래핀은 원자 하나의 두께를 가지면서도 상대적으로 표면결함이 적고 양자역학적 구조 특성으로 인해 매우 우수한 전도성을 보인다.

그래핀은 상대적으로 가벼운 원소인 탄소만으로 이뤄져 1차원 혹은 2차원 나노패턴을 가공하기가 매우 용이하다.

이러한 소재의 특수성으로 인해 시장 전망도 밝다.

시장조사기관인 아이디테크(IDTech)에 따르면, 세계 그래핀 시장규모는 2014년 2천만달러 수준에서 오는 2024년 3억 9천만달러 규모로 급성장 할 것으로 전망되고 있다.

< 그래핀을 적용한 플렉서블 디스플레이 / Legato Technologies.com >

특히 우수한 기계적 물성으로 플렉서블(Flexible), 스트레처블(Stretchable) 전자소자 분야와 투명 디스플레이 (Transparent Display), 입는 컴퓨터(Wearable Computer) 등 차세대 제품에 적용될 것으로 기대되고 있다.

업계에 따르면 시장에서 향후 CVD그래핀, 그래핀 플레이크가 주를 이룰 것으로 보인다.

전기적, 구조적, 화학적 특성으로 그래핀은 향후 실리콘 기반 반도체 및 투명전극을 대체할 수 있을 전망이다.

또한 디스플레이, 반도체, 2차 전지, 자동차, 광 검출기, 기능성 잉크, 레이저 산업 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 예상되고 있다.

김혜진 기자  newsvision-e@hanmail.net

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