1. 그래핀 소재의 개요

1) 그래핀 소재

탄소원자는 1차원에서 3차원까지 다양한 구조를 형성할 수 있어 생명체의 DNA, RNA, 단백질 등의 기본구조(back bone)를 이룰 수 있는데 이는 2s와 2p 오비탈의 에너지가 비슷하여 생기는 sp, sp2, sp3 혼성 때문이다. 이러한 탄소원자들이 sp2 구조를 이루고 있는 원자단층이 그래핀이며, 그래핀이 적층이 되면 그래파이트(흑연), 말리면 탄소나노튜브, 오각형이 더해져서 축구공모양으로 접히면 플러린(C60)이 되는 것으로 이해할 수 있다. 이러한 나노카본 소재들은 분자적으로 완벽한(Molecular perfection) 소재로 표면에 결합에 참여하지 않은 본드(dangling bond)가 없어서 원자 단층으로도 안정하며, 공유결합에 의한 고강도, 고탄성 같은 기계적 물성과 고전하이동도 고전도도와 같은 전기적 물성을 동시에 가지고 있어서, 차세대 소재의 유연성, 투명성과 같은 요구를 만족시키는 소재이다. 그래핀은 2004년도 흑연에서 분리된 것이 최초로 보고되었고, 2010년 노보셀로프와 가임이 노벨상을 수상한 이후로 주목받기 시작했다. 그래핀의 경우 최외각 전자 중 3개의 전자가 sp2 혼성에 의해서 육각형의 뼈대를 구성하고 하나의 남은 전자가 pz 오비탈의 오버랩을 통해서 자유롭게 운동할 수 있게 되어 전기전도성이 우수한 것을 포함하여, 높은 비표면적, 고탄성, 높은 전류밀도, 배리어 특성, 높은 전하이동도의 특성을 가지고 있어서 전기, 전자, 자동차 등 여러 산업 분야에 응용성이 크다.

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