오늘은 그래핀에 대해 이야기를 좀 해 볼까 합니다.
그래핀이라고 아시지요? 새로운 물질인데, 온갖 장점들을 갖고 있어서 제2의 나일론 혹은 제2의 비닐, 제2의 플라스틱이라고 부를 수 있을 물질입니다.
100년 전 나일론이 발명 되면서 인류 의복에 혁명적인 변화가 찾아 왔지요. 또 비닐이 발견 되면서 또 우리 삶에 엄청난 변화가 찾아 왔습니다. 플라스틱도 마찬가지입니다. 이들 물질이 발명 혹은 발견 된 후 얼마나 광범위하게 활용이 이루어졌고, 우리 삶을 얼마나 많이 바꾸어 놓았습니까?
그래핀은 21세기 최대의 발명품 중 하나입니다. 20세기에 비닐, 플라스틱, 나일론이 가져왔던 혁명적인 변화 이상으로, 21세기에는 그래핀이 혁명적인 변화를 가져올꺼라 이야기하고 있습니다.
그래핀을 찾아낸 사람은 러시아의 물리학자 가임(Andre Konstantin Geim)과 노보셀로프입니다.
2004년 러시아의 물리학자 가임(Andre Konstantin Geim)과 노보셀로프(Sir Konstantin Sergeevich Novoselov)는 연필심에 투명 테이프를 붙여 떼어낸 뒤, 테이프에 달라붙은 흑연 가루를 반복해서 유리 테이프로 떼어내는 방식(물리적 박리법)으로 그래핀을 최초로 분리해냈습니다. 2010년 그들은 그래핀을 분리해낸 공로로 노벨 물리학상을 받았죠.
노벨물리학상을 받으면서 그래핀이 큰 주목을 받게 되었는데요.
그래핀을 쓰면 어떤 장점이 있을까요?
그래핀은 얇고 가벼우면서 내구성이 좋습니다. 그래서 활용도가 매우 높죠. 그래핀을 다른 물질과 비교해보면, 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 반도체인 단결정 규소보다 100배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수 있습니다.
강도는 강철보다 200배 이상 강하고, 다이아몬드보다 2배 이상 열 전도성이 높으며, 탄성도 뛰어나 늘리거나 구부려도 전기적 성질을 잃지 않는다고 합니다. 정말 획기적인 물질이지요?
빛도 잘 통과 시켜서 유리에 붙이면 투명한 상태를 거의 유지한다고 합니다.
그래핀은 가벼우면서 내구성 강합니다. 그래서 비행기나 자동차, 건축자재 등에 사용하기에 좋습니다. 그래핀의 강도로 섬유를 만든다면 가장 가볍고 안전한 전투복과 방탄복을 만들 수 있습니다.
그래핀 나노 소재는 다양한 성능을 가지기에 그 응용 분야는 무궁무진합니다. 특히 뛰어난 강도, 열전도율, 전자이동도 등이 요구되는 디스플레이, 2차 전지, 태양 전지, 자동차, 조명 등 다양한 산업에 응용되어 핵심 소재로서 주목받고 있습니다.
투명 전극 재료는 가시광선 영역에서의 투과율이 80% 이상이면서 전기적 특성을 만족시켜야 하며 전하가 충분하고 이들 전하가 쉽게 움직일 수 있는 구조로 되어 있어야 한다. 투명 전극에 그래핀을 활용할 경우 면 저항의 크기에 따라 다음과 같은 분야에 사용된다.
10~100 Ω/sq - OLED 디스플레이 및 태양전지∼100 Ω/sq - PDP 광학필터 및 전자차폐제∼500 Ω/sq - 터치스크린 등
그 외 그래핀의 응용 분야로는 방열 필름, 코팅 재료, 초박형 스피커, 바닷물 담수화 필터, 2차전지용 전극, 초고속 충전기 등 다양합니다.
자동차에서도 그래핀을 접목하기 위한 연구가 활발하게 진행 되고 있습니다.
우선적으로 차량 전면 후면 유리에 그래핀을 입히려는 시도가 추진 되고 있습니다. 기존 자동차유리는 서린 김(물방울)을 제거하려면 뜨거운 바람을 강하게 불어 주거나, 열선을 작동시켜서 제거했습니다. 그런데 그래핀을 자동차 유리에 입혀 놓으면 기존 보다 훨씬 빠르게 서린 김을 제거할 수 있다고 합니다.
전기차 배터리의 경우도 배터리 히터가 있는 차량은 추운 겨울에 빨리 배터리를 데울 수 있지만, 배터리 히터가 없는 차량들은 효율이 크게 떨어져 심한 차는 원래 보다 절반 정도밖에 주행을 못하기도 했습니다.
배터리와 히터에 그래핀을 접목하면 훨씬 빠르게 배터리를 데울 수 있어서 효율이 크게 증가한다고 합니다.
또 배터리에 그래핀을 접목하면 충전 속도도 훨씬 빨라진다고 합니다. 충전 속도가 매우 빠른 전기차를 위해 그래핀 대량 생산이 필수인데요.
문제는 그래핀 대량 생산이 매우 어렵다는 것입니다. 그래서 몇몇 업체들이 그래핀 대량 생산을 위해 노력 중인데요. 그래핀 대량생산에만 성공하면 대박이 날 업체들입니다.
부디 그래핀 업체들이 하루 빨리 그래핀 대량 생산에 성공할 수 있기를 기대해 보면서, 이만 마무리 하겠습니다.
지금까지 전기차 알려주는 남자, 전차남이었습니다. 감사합니다.