흑연에 스카치 테이프로 분리해 냇다는 원소는 무엇인가여?

Question

옛날에 젊은 과학자둘이서 몬가 하려고 흑연에 스카치 테이프를 혹시나해서 붙였다 떼서 무슨 원소를 분리햇었다고 들었는데여.

그 원소는 무엇이고 어떤 용도로 사용되었는지 알고시퍼여?

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

흑연에서 스카치테이프를 이용해 분리해낸 물질은 꿈의 신소재라 불리는 그래핀입니다. 2004년 맨체스터 대학교의 안드레 가임과 콘스탄틴 노보셀로프 교수가 아주 단순한 방법으로 이를 발견해냈습니다. 이들은 흑연 덩어리에 스카치테이프를 붙였다 떼는 과정을 수없이 반복하여 탄소 원자가 딱 한 층으로만 배열된 얇은 막을 찾아냈고 이 공로로 2010년 노벨 물리학상을 받았습니다.

​탄소 원자들이 벌집 모양의 육각형 격자 구조로 연결된 이 물질은 두께가 원자 하나 수준으로 매우 얇지만 강철보다 200배 이상 강하며 구리보다 전기가 훨씬 잘 통하는 놀라운 특성을 가지고 있습니다. 또한 열 전도성이 매우 높고 빛을 거의 통과시킬 만큼 투명하면서도 신축성이 뛰어나 활용 범위가 무궁무진합니다.

​그래핀은 현재 다양한 첨단 산업 분야에서 핵심적인 역할을 하고 있습니다. 가장 대표적인 용도는 투명하고 유연한 디스플레이의 전극 소재입니다. 휘어지는 화면이나 입는 컴퓨터를 만드는 데 필수적이며 기존 실리콘 반도체의 한계를 넘어서는 초고속 반도체 소자로도 연구되고 있습니다.

​이외에도 에너지 저장 능력이 뛰어나 이차전지나 슈퍼 커패시터의 전극 재료로 쓰여 충전 속도를 획기적으로 줄이는 데 기여합니다. 또한 매우 가벼우면서도 튼튼한 특성을 살려 고성능 테니스 라켓이나 자동차 외장재 같은 복합 소재를 만드는 데 사용되기도 하며 바닷물을 담수로 바꾸는 필터나 고성능 센서 등 우리 삶의 질을 높여주는 여러 기술의 밑바탕이 되고 있습니다.

Answer 2

안녕하세요.

과학자들이 흑연에 테이프를 붙였다 떼는 방법으로 분리해낸 물질은 그래핀인데요, 이는 새로운 원소를 발견한 것은 아니지만 이미 잘 알려진 탄소 원자들이 배열된 새로운 형태의 물질을 분리해낸 것입니다. 흑연은 연필심에서 보는 물질인데, 탄소 원자들이 벌집처럼 육각형 구조를 이루며 얇은 층층이 쌓여 있습니다. 이때 층과 층 사이는 비교적 약한 힘으로 붙어 있기 때문에, 과학자들은 혹시 한 층만 떼어낼 수 있지 않을까?라는 아이디어로 일반 스카치테이프를 이용해 흑연을 반복해서 떼어냈는데요, 이 실험은 안드레 가임과 콘스탄틴 노보셀로프가 2004년에 성공적으로 수행했고, 이 연구의 중요성이 인정되어 나중에 노벨 물리학상까지 받게 됩니다.

즉 그래핀은 탄소 원자 한 층 두께밖에 되지 않는 초박막 물질인데요, 하지만 놀랍게도 매우 얇으면서도 강철보다 강도가 높고, 전기 전도성이 매우 뛰어나며, 열 전달 능력도 우수합니다. 또한 거의 투명할 정도로 빛도 잘 통과시킵니다. 이런 특성 때문에 그래핀은 여러 분야에서 주목받고 있는데요, 예를 들어 차세대 반도체, 초고속 전자소자, 휘어지는 디스플레이, 고성능 배터리 전극, 센서, 복합소재 같은 분야에서 연구되고 있습니다. 특히 그래핀은 얇고 유연하면서 전기가 잘 통해 미래 전자소재 후보로 많이 연구되기도 합니다. 감사합니다.