정의
그래핀은 탄소 원자 하나씩이 육각형 격자를 이루며 1 nm 미만의 두께를 갖는 단층 소재이다. 탄소의 동소체 중 하나로, 2차원 물질에 속한다.
개요
그래핀은 2004년에 영국 맨체스터 대학교의 안드레 가임(Andre Geim)·콘스탄틴 노보셀로프(Konstantin Novoselov) 연구팀에 의해 최초로 분리·시각화되었다. 이 업적으로 두 연구자는 2010년 노벨 물리학상을 수상했다. 그래핀은 흑연을 얇게 층으로 나눈 뒤, 화학적·기계적 방법(예: 테이프 박리법)으로 단일층을 얻는 방식으로 제조된다. 전기 전도도가 매우 높고(실온에서 구리보다 약 2배), 기계적 강도는 강철보다 약 100배 강하며, 투명도는 약 97 %에 달한다. 이러한 특성으로 차세대 전자소자, 센서, 배터리·슈퍼커패시터, 복합재료, 열제어재료 등 다양한 분야에서 연구·개발이 활발히 진행되고 있다.
어원·유래
‘그래핀’이라는 명칭은 영문 ‘graphene’을 음역한 형태이다. ‘graphene’은 ‘graphite(흑연)’와 ‘-ene(‑에난, 탄소 사슬을 의미하는 접미사)’이 결합된 합성어로, 흑연에서 유래한 2차원 구조임을 나타낸다. 한국어 표기법에 따라 ‘그래핀’으로 통용된다.
특징
- 전기·열 전도성: 전자 이동도가 2 × 10⁵ cm²·V⁻¹·s⁻¹ 수준이며, 열 전도도는 약 5 000 W·m⁻¹·K⁻¹에 달한다.
- 기계적 강도: 인장강도는 약 130 GPa, 영률은 1 TPa 수준으로, 기존 금속·세라믹 재료보다 월등히 높다.
- 투명성: 단일층 그래핀은 2.3 %만 흡수하므로 약 97.7 %의 광을 통과시킨다.
- 유연성: 20 % 이상의 균열이 발생해도 전도성을 유지하는 등 높은 신축성을 보인다.
- 표면적: 1 g당 약 2 600 m²의 비표면적을 갖는다.
관련 항목
- 탄소 나노튜브
- 흑연
- 2차원 물질
- 전자 이동도
- 나노소재
- 나노기술
- 나노전극
- 나노복합재
※ 본 내용은 과학·기술 분야에서 널리 검증된 정보를 기반으로 작성되었으며, 최신 연구 동향에 따라 일부 수치는 차이가 있을 수 있다.