꿈의 소재 그래핀

그래핀, 어떤 물질이길래?

2004년, 그래핀은 곱게 간 연필심을 스카치테이프로 붙였다 뗐다를 반복하면서 발견되었습니다. 그래핀은 탄소로만 구성된, 굉장히 얇게 잘 펴진 막 형태의 물질입니다. 말만 들으면 탄소로 이루어진 단순한 형태의 기초 물질 같지만, 그래핀은 발견 이후 세상을 바꿀 신소재로 엄청난 주목을 받았습니다. 세상에서 가장 얇은 물질인 그래핀을 발견한 가임, 노보셀로프 교수는 발견 6년 만인 2010년 노벨 물리학상까지 수상했습니다. 그래핀이 이렇게 꿈의 소재로 많은 주목을 받은 이유는 그 특징에서 찾아볼 수 있습니다.

그래핀의 특징

① 그래핀은 전선에 사용되는 구리보다 약 100배 정도 전기가 잘 통합니다.

② 그래핀은 자연계 물질 중 열 전도율이 가장 좋다는 다이아몬드보다 열 전도율이 2배 더 좋습니다.

③ 그래핀은 강철보다 200배 더 단단합니다. 그럼에도 탄성이 좋아 잘 휘어지고, 구부러져도 그 특성을 유지합니다.

이렇게 열과 전기를 잘 전달하면서도 유연하고 단단한 그래핀은 반도체, 태양전지, 방열소재, 디스플레이, 센서 등 굉장히 많은 분야에 활용이 가능합니다. 특히 웨어러블 기기와 고효율 연료전지 등에 사용될 가능성 덕분에 우리 삶을 직접적으로 바꿔놓을 수 있는 소재로 많은 주목을 받았습니다.

그래핀의 암흑기

발견된 후 많은 주목을 받았던 그래핀은 한 동안 암흑기를 맞게 됩니다. 그래핀을 제대로 만들기가 너무 어려웠기 때문인데요. 그래핀은 정말정말 얇은 막을 1층으로 만들어야 그 성능을 제대로 발휘할 수 있습니다. 하지만 종이보다 100만배 얇은 그래핀은 잘 접히고, 여러 층으로 겹치기도 쉬워 제대로 만들고 활용하기 쉽지 않았습니다. 게다가 1층짜리가 아니더라도 얇은 그래핀을 만들기 위해서는 고가의 장비가 필요했고, 이런 그래핀을 상용화하기 위해 대량 생산을 하는 것은 더더욱 불가능했습니다. 이 문제점을 극복하기 위해 수년간 많은 연구진이 1층짜리 그래핀을 제대로 만들려는 연구를 진행했습니다.

그래핀, 이제 다시 빛을 볼 시간?

최근 국내 연구진이 넓은 면적의 그래핀을 1층으로, 접힘이나 적층 없이 제작하는데 성공했습니다. 넓은 면적임에도 무결점 그래핀을 제작하는 것에 세계 최초로 성공한 것인데요. 그래핀은 제작할 때 고온의 제작 과정을 거치는데, 이후 식히는 과정에서 특정 온도 이하에서 성장시킨 그래핀은 냉각 과정에서 접히거나 적층 현상이 생기지 않는다는 것을 발견했습니다. 이렇게 만들어진 무결점 그래핀은 기존의 그래핀보다 약 3배 정도 성능이 좋다는 것도 확인되었습니다. 게다가 연구진은 동시에 5장의 그래핀을 제조하는 것도 성공해 대량생산의 가능성도 열었습니다.

그래핀을 고품질로 생산하고 응용하는 업체들도 생겨났는데요. 점점 더 활발히 각종 소재에 그래핀을 적용하는 시도들이 이어지고 있습니다. 그래핀텍스라는 이름으로 기능성 섬유에 그래핀을 도입해 향균과 탈취, 단열 등을 보완한 섬유 소재가 개발되었습니다. 또한 전기차의 방열판이나 가전제품에도 그래핀이 도입되며 더욱 가벼우면서도 쉽게 열을 관리할 수 있게 하는 연구가 진행 중입니다. 이외에도 스마트기기의 디스플레이에 그래핀을 도입하려는 시도도 계속 연구개발 과정에 있습니다. 이렇게 암흑기에서 벗어나 그래핀은 점점 우리 일상에 가까워지고 있습니다.

※ 그래핀이 발전을 거듭하면 제2의 플라스틱이 되고, 우리의 일상은 지금과 꽤 달라질 것 같습니다. 그래핀의 미래는 이제 시작입니다.