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그래핀은 기술을 혁신할 수 있는 여러 특성을 가진 재료입니다.

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그래핀은 탄소 원자의 2차원 층으로 육각형 구조로 배열된 물질로 높이가 원자 높이와 맞먹는다. 이 물질은 지구상에 풍부한 광물이자 탄소의 가장 흔한 동소체 중 하나인 흑연의 표면층을 추출하여 생산할 수 있습니다.

그래핀의 화학적 결합과 두께는 기계적 저항, 열 및 전기 전도도와 같은 이 요소의 몇 가지 중요한 특성을 담당합니다. 이러한 기능은 무한한 사용 가능성으로 인해 과학자와 기술 산업을 매료시켰습니다.

그래핀의 발견

안정적인 2차원 그래핀은 2004년 러시아 물리학자 안드레 가임(Andre Geim)과 콘스탄틴 노보셀로프(Konstantin Novoselov)에 의해 우연히 발견되었습니다. 이 발견으로 연구원들은 2010년 노벨 물리학상을 받았습니다. 그러나 이 탄소 동소체의 존재는 1930년부터 알려져 왔습니다.

그래핀 속성

그래핀은 여러 기술 응용 분야의 재료가 되는 수많은 특성을 가지고 있습니다. 이 동소체의 주요 특성을 알고 있습니다.

기계적 성질

그래핀은 지금까지 알려진 가장 강력한 물질입니다. 이 저항은 탄소 원자 사이에 형성된 강한 결합에서 비롯됩니다. 강철과 같이 토목 건축에 널리 사용되는 재료는 이 압력의 1/3만 견딜 수 있습니다.

그래핀의 또 다른 흥미로운 특성은 높은 영률(Young's modulus)이며, 이는 저항성 외에도 이 물질이 매우 탄력적임을 나타냅니다. 따라서 비교적 쉽게 원래 크기로 돌아갈 수 있습니다.

각 탄소 육각형의 작은 영역은 그래핀의 높은 불투과성을 담당하며, 수소 가스와 같이 용기에서 쉽게 누출되는 가스를 저장할 수 있는 작은 그물로 사용할 수 있습니다. 그래핀은 매우 강할 뿐만 아니라 매우 가볍습니다. 밀도는 0.77g/m², 즉 종이 한 장보다 약 1000배 가볍습니다.

전기적 특성

전자는 편향이나 충돌 없이 거의 자유롭게 그래핀을 통해 전파할 수 있습니다. 탄소 결합의 육각형 구조로 인해 전자는 이러한 얇은 층 내부에서 상대론적 속도, 즉 빛의 속도에 가까운 속도로 이동합니다.

실온에서 그래핀의 전기 저항은 가장 낮습니다. 따라서이 요소는 최고의 금속 도체로 간주 될 수 있습니다.

광학적 특성

입사광의 97.5%를 통과시켜 그래핀은 육안으로 보이지 않습니다. 이 광학적 거동은 그래핀에서 전자의 상대론적 특성에서 발생합니다. 이는 그래핀을 여러 장 쌓으면 입사되는 거의 모든 방사선을 흡수할 수 있는 완벽한 흑체를 생성할 수 있음을 의미합니다.

열적 특성

전기적 특성으로 인해 그래핀은 우수한 열전도체입니다. 이 물질은 알려진 어떤 물질보다 빠르게 열을 발산할 수 있습니다. 또한 일부 연구에서는 용융 온도가 3851 °C라고 제안합니다.

따라서 그래핀의 주요 특성과 특성은 다음과 같습니다.

• 그것은 매우 얇습니다. 그것은 원자의 두께입니다.
• 그것은 매우 강합니다: 강철보다 약 200배 더 강합니다.
• 유연합니다.
• 방수입니다.
• 투명합니다: 광선의 약 97.5%를 투과합니다.
• 그것은 높은 열 및 전기 전도성을 가지고 있습니다: 구리보다 100배 더 빠르게 전기 에너지를 전도합니다. 연구에 따르면 전자가 그래핀을 통과하는 속도는 1000km/s(실리콘보다 60배 빠름)입니다.
• 경도가 높다
• 줄 효과가 적습니다. 전자를 전도할 때 열의 형태로 에너지를 덜 잃습니다.

그래핀 응용

그 특성과 특성으로 인해 그래핀은 알려진 가장 유망한 물질 중 하나입니다. 그것의 기술적 응용은 방대하지만 이 물질을 대규모로 생산할 수 있는 능력에 의해 제한됩니다. 접이식 LED 스크린, 광전지, 보다 효율적인 트랜지스터, 슈퍼커패시터, 방열판 및 슈퍼 휴대폰 배터리와 같은 장치는 그래핀을 사용하여 개발된 기술의 일부 예입니다.

또한 그래핀은 다음과 같은 다른 연구 분야에도 적용될 수 있습니다.

식수

그래핀으로 형성된 멤브레인은 바닷물을 담수화하고 정화할 수 있습니다.

CO2 배출량

그래핀 필터는 산업 및 기업에서 발생하는 가스를 분리하여 CO2 배출량을 줄일 수 있습니다.

질병 감지

훨씬 더 빠른 생물의학 센서는 그래핀을 기반으로 하며 질병, 바이러스 및 기타 독소를 감지할 수 있습니다.

건설

콘크리트, 알루미늄과 같은 건축 자재는 그래핀을 추가하여 더 가볍고 강해집니다.

미학

그래핀을 분사하여 염색하면 최대 30회 세척 가능

마이크로 디바이스

그래핀으로 실리콘을 대체하여 더 작고 강한 칩

에너지

태양 전지는 그래 핀을 사용하여 더 나은 유연성, 투명도 및 낮은 생산 비용을 제공합니다.

전자제품

더 빠르고 더 나은 에너지 저장 기능을 갖춘 배터리

유동성

자전거는 그래핀을 사용하여 350g의 더 단단한 타이어와 프레임을 가질 수 있습니다.

그래핀 관련 연구 중 인터넷을 위한 새로운 데이터 전송 케이블 개발이 눈에 띈다. 잡지에서 발표한 설문조사에 따르면 네이처 커뮤니케이션, 아이디어는 그래핀에서 전자가 도달하는 모든 속도를 활용하는 것입니다. 즉, 세포는 현재 사용되는 케이블보다 수백 배 빠르게 움직입니다.

브라질에서 그래핀의 중요성

브라질은 보다 저렴하고 효율적인 그래핀 생산 방법을 찾는 기술 경쟁의 일부입니다. DNPM(National Department of Mineral Production)이 작성한 보고서에 따르면 그래핀 시장은 10년 안에 최대 1조 달러에 도달할 가능성이 있는 세계에서 가장 수익성이 높은 시장 중 하나여야 합니다. 또한 브라질은 세계에서 가장 많은 그래핀 매장량을 보유하고 있습니다.

그래핀 가격

그래핀을 얻는 방법이 복잡하기 때문에 그래핀의 가격은 여전히 ​​높습니다. 이 재료의 순수하고 얇은 층을 생성할 수 있는 가장 최신 기술은 구리 시트와 같은 금속 기판에 증착으로 작동합니다.

현재 2.08cm x 1.54cm 크기의 그래핀은 최대 275달러(제곱인치당 평균 21달러)의 비용이 들 수 있습니다. 그러나 불순물 및 비대칭과 같은 요인으로 인해 이 가격이 크게 낮아질 수 있습니다. 그래핀은 흑연에서도 얻을 수 있다. 흑연 1kg으로 1달러 정도면 1만5000달러가 넘는 150g의 그래핀을 생산할 수 있다.

그래핀에 대한 궁금증

• 유럽 ​​연합의 그래핀 플래그십 프로젝트는 그래핀 관련 연구, 응용 및 산업적 규모의 생산 개발에 약 13억 유로를 배정했습니다. 총 23개국 150개 기관이 이 프로젝트에 참여합니다.
• 우주 여행을 위해 개발된 최초의 여행 가방에는 그래핀이 포함되어 있습니다. 발사는 NASA가 화성 탐사를 계획하는 2033년으로 예정돼 있다.
• 보로펜은 그래핀의 새로운 경쟁자입니다. 2015년에 발견된 이 물질은 그래핀의 개선된 버전으로 보여지며 훨씬 더 유연하고 저항성이 있으며 전도성이 있습니다.