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■ 홍병희/ 서울대학교 화학부 교수
쉰다섯 번째 주인공! 홍병희 박사!
연필심에 사용되는 흑연은 벌집 모양의 육각형인 ’그래핀‘이 층층이 쌓여 있는 구조다. 그래핀은 이론상으로 현재까지 등장한 어떤 물질보다도 완벽한 특성이 있어 꿈의 신소재라 불렸고, 2004년 러시아 출신의 과학자가 처음으로 구현해 실용화가 얼마 남지 않았다고 생각했다. 하지만, 흑연에서 구현한 그래핀은 크기가 작아 상용화되기 어려웠다.
한계를 극복하기 위해 홍병희 박사는 화학적인 방법을 통해 새롭게 그래핀을 구현했다. 그 결과 그래핀을 크면서도 대량으로 생산할 수 있게 되었고, 기존보다 생산효율이 40배 정도 증가했다. 그가 개발한 이 기술은 최초로 이뤄졌던 만큼 국내뿐 아니라 해외에서도 다수의 특허를 냈다.
홍병희 박사는 탄소로만 이뤄진 그래핀 특성을 이용해 새로운 분야에 응용연구를 시작했다는데.
실리콘이라는 물질로 한 산업군이 생성된 것처럼 그래핀이 또 다른 산업군을 만들 플랫폼이라는 홍병희 박사. 꿈만 꾸면 이룰 수 없지만, 끝없는 도전으로 꿈을 실현한 그의 이야기를 들여다보자.
대한민국 과학을 이끌어가는 과학자들의 연구와 삶을 들여다보며
그들을 응원하는 (브라보 K-SCIENTIST)
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그래핀 – 나무위키
탄소 동소체 중 하나로, 현재 각광받고 있는 신소재 중 하나이다.[1] … 고분자 재료나 금속 등 합성 신소재에 첨가하기 위한 용도로는 충분하다.
Source: namu.wiki
Date Published: 4/21/2022
View: 6688
그래핀 – 위키백과, 우리 모두의 백과사전
이런 특성으로 인해 그래핀은 차세대 신소재로 각광받는 탄소나노튜브를 뛰어넘는 소재로 평가받으며 ‘꿈의 나노물질’이라 불린다.
Source: ko.wikipedia.org
Date Published: 6/2/2022
View: 6021
그리핀이란 – 네이버 블로그
그래핀(graphene)은 흑연의 표면층을 한 겹만 떼어낸 탄소나노물질입니다. 연필심으로 쓰이는 흑연은 탄소를 6각형의 벌집모양으로 층층이 쌓아 올린 구조 …
Source: m.blog.naver.com
Date Published: 4/18/2021
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포항에 ‘그래핀 밸리’를 구축하는 까닭은 – POSCO Newsroom
그리핀은 탄소 원자로 이뤄진 벌집모양의 얇은 … 노벨 물리학상을 수상할 만큼 ‘꿈의 신소재’라고 불리는 그래핀이지만 양산의 문턱을 넘지 못하고 …
Source: newsroom.posco.com
Date Published: 1/9/2021
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국일제지 주가 그리고 꿈의 신소재 그리핀
탄소원자들이 육각형의 벌집 모양으로 연결되어서 평면구조를 이루는 고분자 탄소 동소체를 그래핀이라고 합니다. 강철보다 수백 배 단단하고 질겨서 …
Source: infonavi.tistory.com
Date Published: 8/13/2021
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차세대 신소재, 그래핀 by 훈 지 – Prezi
차세대 신소재 ,. 그래핀?? 그리핀?? 아니 이거 말고!!!! 그게 모야? 그건 또 먼데?! 내가 …
Source: prezi.com
Date Published: 5/26/2021
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크리스탈신소재, 그래핀 제품 상업화 양산 추진 – 뉴시스
회사는 최근 몇년 간 연구 개발 확대로 그래핀 코팅 재료, 그래핀 광촉매 재료, 그리핀 에너지 저장장치, 그래핀 고분자 재료 등 많은 응용 분야에서 …
Source: mobile.newsis.com
Date Published: 7/10/2022
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꿈의 신소재 ‘그리핀’ 화학산업 날개 단다 – 울산종합일보
꿈의 신소재 ‘그리핀’ 화학산업 날개 단다. 커버스토리 / 울종뉴스 / 2013-03-22 17:21:59. 카카오톡 보내기. 화학의 날 기념 ‘저차원 탄소 혁신소재 연구센터 기공식’ …
Source: ujnews.co.kr
Date Published: 2/22/2021
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상보, 그리핀 대량생산 기술 확보 – 에너지데일리
상보가 한국전기연구원(KERI)로부터 차세대 나노신소재인 그래핀의 대량생산과 관련한 기술을 이전받는데 성공했다. 상보는 16일 한국전기 …
Source: www.energydaily.co.kr
Date Published: 6/30/2021
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주제에 대한 기사 평가 신소재 그리핀
- Author: YTN 사이언스
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- Date Published: 2021. 2. 15.
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위키백과, 우리 모두의 백과사전
그래핀은 원자 크기의 벌집 격자이다.
그래핀(영어: graphene)은 탄소의 동소체 중 하나이며 탄소 원자들이 모여 2차원 평면을 이루고 있는 구조이다. 각 탄소 원자들은 육각형의 격자를 이루며 육각형의 꼭짓점에 탄소 원자가 위치하고 있는 모양이다. 이 모양을 벌집구조(honeycomb structure) 또는 벌집격자(honeycomb lattice)라고 부르기도 한다. 원자 1개의 두께로 이루어진 얇은 막으로, 두께는 0.2 nm(1nm은 10억 분의 1m) 즉 100억 분의 2m 정도로 엄청나게 얇으면서 물리적·화학적 안정성도 높다.[1]
탄소의 다른 동소체에는 흑연, 탄소나노튜브, 풀러렌, 다이아몬드 등이 있다. 그래핀은 원자 한 층의 두께를 지니기 때문에 동일한 결합구조이지만 여러 층으로 구성되어 있는 흑연과는 확연히 다른 특성을 보인다.
그래핀이 주목받은 이유는 다음의 뛰어난 특성들 때문이다. 그래핀은 200,000 cm2/V•s의 매우 높은 전성(intrinsic) 전자이동도[2][3], ~5000 W/m•K의 높은 열전도도[4], ~1.0 TPa의 영 계수[5]를 갖고 있으며 이론적 비표면적 또한 매우 크다. 또한 한 층으로 구성되어 있기 때문에 가시광선에 대한 흡수량이 매우 낮아 550nm의 파장을 갖는 빛에 대한 투과율이 97.7%로 확인되었다.[6]
구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 반도체로 주로 쓰이는 단결정 실리콘보다 100배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수 있다. 강도는 강철보다 200배 이상 강하고, 최고의 열전도성을 자랑하는 다이아몬드보다 2배 이상 열전도성이 높으며, 탄성도 뛰어나 늘리거나 구부려도 전기적 성질을 잃지 않는다. 이런 특성으로 인해 그래핀은 차세대 신소재로 각광받는 탄소나노튜브를 뛰어넘는 소재로 평가받으며 ‘꿈의 나노물질’이라 불린다.[1][7]
어원 [ 편집 ]
graphene은 흑연을 뜻하는 ‘graphite’와 탄소이중결합을 가진 분자를 뜻하는 접미사 ‘-ene’를 결합하여 만든 용어이다.[1]
역사 [ 편집 ]
그래핀은 1947년부터 이론상으로는 제작이 가능할 것으로 알려져 있었다. 하지만 겹겹이 쌓인 흑연에서 그래핀만 분리하는 기술이 존재하지 않았기에 한동안은 말 그대로 이론으로만 존재하였다.
그러나 2004년 러시아 출신 물리학자 안드레 가임과 콘스탄틴 노보셀로프가 연필심에 스카치 테이프를 붙여 떼어낸 뒤, 테이프에 달라붙은 흑연 가루를 반복해서 유리 테이프로 떼어내는 방식으로 그래핀을 처음으로 분리하였다. 2010년 안드레 가임과 콘스탄틴 노보셀로프는 흑연에서 그래핀 만을 분리해낸 공로로 노벨 물리학상을 수상하였으며[8] 그래핀을 다양한 영역에서 활용할 수 있게 하여 신소재 분야에 큰 업적을 남겼다.
그래핀의 물리적 화학적 기능은 현존하는 어떤 물질보다 뛰어나며, 활용 범위도 넓어 얇고 가벼우면서 내구성 강한 물체를 만들어 비행기나 자동차, 건축자재 등에 사용한다. 그래핀의 강도로 섬유를 만든다면 가장 가볍고 안전한 전투복과 방탄복을 만들 수 있다는 점에서 그래핀 시장에서는 그래핀을 이용한 탄소섬유가 주목받고 있기도 하다. 게다가 빠른 전기전도도는 전기저항을 줄여 의료산업 분야에서의 발전도 예상되고 있다.[9]
하지만 그래핀을 상용화시키기 위해서는 안정적인 그래핀 생산 체계를 구축하는 것이 먼저인데, 그래핀을 안정적으로 생산해 내는 기술은 아직 개발되지 않은 상태로 머물러 있다.
성질 [ 편집 ]
그래핀의 결정 구조는, 한 꼭짓점에 세 개의 결합이 붙는 원자 구조(sp2 결합)에 의해 육각형 형태의 연결이 2차원 방향으로 뻗어나간 모양을 한다. 결과적으로 넓게 퍼진 벌집 모양의 2차원 결정 모양을 갖게 된다. 그래핀이 원자 하나 두께의 얇은 막으로 존재하는 이유는 이 때문이다. 이 때문에 그래핀은 안정적인 분자 구조로 존재할 수 있는 세상에서 가장 얇은 재질이 된다.
그래핀은 다른 재질에서 얻을 수 없는 특이한 전기적 성질을 가진다. 그래핀은 반도체가 가지는 특징인 띠구조(band structure)를 가져 반금속(semi-metal)으로 분류되는데,(하지만 그래핀의 에너지 밴드가 너무 가까워 반도체로 재료로써 부적합하여 이 밴드갭의 영역을 확보하는 연구가 진행 중이다. 그래서 최근에는 그래핀 이외에 2차원 물질을 통해 흑린 등 반도체의 재료로 활용하는 연구가 진행 중이다.) 이는 다시 말해 기존의 실리콘 대신 그래핀으로 반도체를 만들 수 있다는 것이다.[10] 그래핀 내부의 전자는 이상하게도 질량이 0인 것처럼 행동한다. 그 이동 속도는 광속(299,792,458 m/s)에 가깝다. 이러한 성질 때문에, 그래핀은 고속 트랜지스터 등 차세대 전자 재료의 유력한 후보로 기대되고 있다.[11]
그래핀이 나타내는 흥미로운 물리 현상 중 하나로 양자 홀 효과가 있다. 전자 분포가 2차원 평면에 넓게 퍼져 있는 상태에서 강한 자기장을 가할 때, 전자의 궤도나 에너지 준위가 이산적인 값을 띄는 (양자화되는) 현상이다. 이는 일반적으로 극저온에서만 관찰 가능하고, 반도체의 품질이 높다는 증거로 이용되고 있지만 그래핀에서는 이 현상이 상온에서도 관찰된다.
그래핀의 열 전도도는 5000k로 높은 열 전도도를 가진 다이아몬드의 2배 이상, 구리 12배 이상 높다. 또한 그래핀의 열 전도성은 연구가 활발한 분야인데 그 이유는 온도 조절 기능의 가능성 때문이다. 초기 관측의 결과는 상온에서 그래핀이 열분해 탄소보다 훨씬 높은 열 전도성을 보이는 것으로 나타났다. 그러나 후기의 연구에서, 한 층의 그래핀으로 실험했을 때, 열분해 탄소와 비슷한 열 전도성을 나타냈고, 이전의 결과는 실험 오류라는 의문을 제시했다. 측정 범위가 큰 것은 그래핀의 질이나 생산 조건뿐 아니라 측정의 불확정성이 큰 것에 의해 일어난다. 게다가, 상온에서 단일층의 그래핀이 비정질 물질에 더해질 때, 기질에 의한 그래핀 격자 파동의 흩어짐으로 인해 열 전도성이 매우 떨어지는 것으로 알려졌고, 비정질 산화물에 둘러싸인 그래핀은 열 전도성이 더 떨어질 수 있다. 이처럼, 중합 잔여물은 열 전도성을 낮출 수 있다.[12]
그래핀은 강도 또한 매우 뛰어난데, 강철의 약 200배 정도 더 높은 것으로 알려져 있다.
흑연덩이와 그래핀 트랜지스터, 유리테이프. 가임과 노보슬로프가 지난 2010년 스톡홀름 노벨 박물관에 기증한 것들이다.
응용 분야 [ 편집 ]
그래핀 나노 소재는 다양한 성능과 파급효과를 가지며 이를 이용한 부품 및 완제품, 관련 ‘원소재’ 장비 등의 솔루션을 포함하는 산업으로서 응용분야는 무궁무진하다. 특히, 그래핀은 강도, 열전도율, 전자이동도 등 여러 가지 특성이 현존하는 물질 중 가장 뛰어난 신물질로 디스플레이, 이차전지, 태양전지, 자동차, 조명 등 다양한 산업에 응용되어 관련 산업의 성장을 견인할 전략적 핵심 소재로서 각광받고 있다.
투명 전극 재료는 광학적으로 가시광선 영역에서의 투과율이 80% 이상의 전기광학적 특성을 만족시켜야 하며 전하를 운반할 수 있는 전하가 충분하고 이들 전하가 쉽게 움직일 수 있는 구조를 가지고 있는 것이 중요하다. 투명 전극은 면저항의 영역에 따라 다음과 같은 응용분야에 주로 사용된다.
10~100 Ω/sq – OLED 디스플레이 및 태양전지
∼100 Ω/sq – PDP 광학필터 및 전자차폐재
∼500 Ω/sq – 터치스크린 등
2007년 삼성 사에서 출시된 갤럭시는 기존 통화 중심의 휴대폰 시장을 정보전달 중심의 스마트폰으로 변화를 가져왔으며, 터치스크린에서도 저항막방식에서 멀티터치가 가능한 정전용량 방식으로 전환시키며 투명전극의 요구 면저항 값을 400 Ω/sq대에서 150 Ω/sq대로 올렸고, 지금까지 개발되어오던 투명전극 대체제들의 활용폭을 크게 감소시켰다. 이러한 상황 속에서 최근 몇년간 고투명도, 저면저항, 고유연성을 함께 갖춘 새로운 개념의 투명전극 소재 개발에 대한 요구가 증대되어오던 상황이었다. 이러한 중요한 시기에 등장한 그래핀은 불과 6년이란 짧은 기간에 수십인치 크기의 대면적 합성 기술이 개발되어 면저항값 30 Ω/sq 이하, 투명도 90%대 이상을 달성하였다. 특히, 그래핀 필름을 합성기판에서 분리하여 소자가 구현될 기판으로 전사(transfer printing)하는 방법을 이용하여 고무기판위에 10% 이상의 변형에서도 전기적 특성을 잃지 않는 신축성 투명 전극을 개발하는데 성공하여 최근 발표하였다. 현재까지 개발된 그래핀 지부는 ITO에 비해 산업적, 양산성 측면에서 취약한 면이 있으나, 우수한 기계적 특성, 높은 열전도, 낮은 재료 소모량 등 여러 측면에서 장점들을 가지고 있다.
그 외로 그래핀의 응용 분야는 터치패널, 플렉서블 디스플레이, 고효율 태양전지, 방열필름, 코팅 재료, 초박형 스피커, 이차전지용 전극, 초고속 충전기 등 다양하다.
시장 규모 [ 편집 ]
그래핀 소재의 시장규모는 2030년까지 매년 22.1% 증가, 세계시장 규모가 600조원에 이를 것으로 전망된다.[13] 그래핀은 아직 상용화되지 않았지만 2016~2018년부터 대량생산될 것으로 예상되어 왔다.
그래핀은 향후 10~20년에 걸쳐 기존의 전도성 소재와 필름재 등을 대체하며 시장규모가 폭발적으로 증가할 것으로 예상되며, 그래핀을 이용한 완제품 및 그래핀 생산에 필요한 기계장비들의 시장규모가 급증할 것으로 보인다.
제조법 [ 편집 ]
안드레 가임과 콘스탄틴 노보셀로프가 그래핀을 최초 만들어낸 것은 흑연을 스카치테이프에 붙인 후 그것을 떼었다 붙였다를 반복하는 방법으로, 이는 물리적 박리법으로 구분된다. 이는 그래핀의 존재를 증명하는데는 성공했으나 대면적의 그래핀을 만드는 것이 불가능하고, 무엇보다 산업적으로 필요한 대량생산에 적합지 않아 그 후 산업계에서 쓰일 수 있는 다양한 방법들이 연구되어 왔다.
그래핀 상용화의 걸림돌 중 하나는 큰 면적의 그래핀을 만들기가 힘들었다는 점이었다. 현재 가장 넓은 면적의 그래핀을 만드는데 성공한 것은 화학증착법에 의하여 구리 호일에 그래핀을 형성한 후 롤투롤(roll-to-roll) 공정에 의하여 구리 호일을 제거하고 원하는 표면에 그래핀을 증착시키는 방식이다.[14] 이는 일반적인 라미네이팅 공정에서 쓰이는 기계 장비로 제조가 가능하여 상업화에 가까이 다가섰다는 평가를 받는다.
그래핀의 제조 방법은 크게 다음과 같이 분류된다.
물리적 박리법 [ 편집 ]
물리적 박리법은 여러 층으로 구성된 흑연 결정에서 기계적인 힘으로 한 층을 벗겨내어 그래핀을 만드는 방법이다. 연필심에서 종이로 흑연의 얇은 막이 밀리면서 글씨가 부드럽게 써지듯이, 물리적 힘을 이용해 흑연 결정으로부터 한겹씩 그래핀을 생성시키는 방법이다. 상대적으로 낮은 에너지가 필요하고, 넓은 면적으로 만드는 것이 불가능하며, 결함의 비율이 높고 대량생산이 불가능하다는 단점이 있다. 안드레 가임과 콘스탄틴 노보셀로프 교수는 흑연을 스카치테이프에 놓고 스카치테이프의 양끝을 붙이고 떼어내는 것을 반복하는 방법으로 그래핀을 최초로 분리하였는데 이것이 물리적 박리법이다.
화학 증기 증착법 [ 편집 ]
화학 증기 증착법을 이용한 그래핀의 합성은 비교적 뛰어난 결정질을 갖는 단층 내지 수층 정도의 그래핀을 대면적으로 얻을 수 있는 방법으로, 그래핀을 성장시키고자 하는 기판표면에 높은 운동 에너지를 지닌 기체 또는 증기형태의 탄소 전구체를 흡착-분해시켜 탄소원자로 분리시키고 해당 탄소원자들이 서로 원자간 결합을 이루게 함으로써 결정질 그래핀을 성장시키는 방법이다.
촉매없이 흑연과 같은 sp2 결합구조를 지니는 탄소구조체를 합성하기 위해서는 열역학적으로 매우 높은 온도와 압력을 필요로 하기 때문에, 높은 결정질을 지니는 그래핀을 화학기상증착법을 이용하여 비교적 낮은 온도(~1273 K)에서 합성하기 위해서는 전이금속촉매가 필요하다고 보는 견해가 지배적이다. 촉매로서 가장 많이 사용되는 금속은 구리와 니켈이며, 그 외 금, 백금, 루테늄[15], 저마늄[16], 철[17], 이리듐[18] 등의 촉매 위에서도 합성되었다.
화학적 박리법 [ 편집 ]
화학적 박리법은 흑연의 산화 – 환원 특성을 활용한 방법이다. 먼저 흑연을 강산과 산화제 등으로 산화시켜 산화 흑연(Graphite Oxide)을 제작한다. 산화 흑연은 친수성이어서 물분자가 면과 면사이로 삽입되는 것이 용이하므로, 물과 닿게 하면 산화 흑연의 강한 친수성으로 물 분자가 면과 면 사이에 침투한다. 이로 인해 면간 간격이 늘어나 장시간의 교반이나 초음파 분쇄기를 이용해 쉽게 박리시킬 수 있다. 그 종류에는 용액 환류, 수용액성 카르보디마이드, 하이드라진 분쇄가 있다.
공통적으로 미세한 흑연 결정을 강한 황산과 질산 혼합물에 넣어 그래핀 판들의 가장자리에 카르복실 화합물들이 붙어 있게 한다. 염화 티놀에 의해 산염화물로 바뀌고 다시 옥타데실아민을 써서 그래핀 아미드(Graphine-COOH)를 만든다. 이것들을 테트라히드로푸란, 테트라클로로메탄, 디클로로에탄같은 용액을 이용해 환수하면 분쇄가 일어나고 개별의 그래핀 판들이 생성된다.
하이드라진으로 환수하는 것은 그래핀의 20~30%를 잃을 수 있다. 마지막으로 카르보디마이드를 써서 분쇄하면 그래핀이 불안정하고 그래핀 시트가 그래핀 덩어리로 부서질 수 있다. 이 세가지 방법은 모두 박리된 그래핀의 질이 좋지 않다는 단점이 있다.
에피텍셜 합성법 [ 편집 ]
에피텍셜 합성법은 실리콘 카바이드(SiC)와 같이 탄소가 결정에 흡착되거나 포함되어 있는 재료를 약 1,500°C의 고온 상태에서 열처리하여 그래핀을 형성한다. 열처리 공정 중 탄소가 실리콘 카바이드 표면의 결을 따라 성장하면서 그래핀이 형성된다. 에피텍셜 합성법은 기계적 박리법이나 화학적 증착법에 의해 성장된 그래핀보다 특성이 뛰어나지 못하며 재료가 비싸고 제작이 어렵다.
같이 보기 [ 편집 ]
각주 [ 편집 ]
참고 문헌 [ 편집 ]
Castro Neto, Antonio H. (2012). “Selected topics in graphene physics”. 《Lecture Notes in Physics》 843 : 117–144. arXiv:1004.3682. doi:10.1007/978-3-642-10449-7_3.
조, 윤상 (2013). “차세대 신소재 그래핀의 기술동향”. 《산업은행 기술평가부 보고서》 843: 85–102.
외부 링크 [ 편집 ]
그리핀이란 : 네이버 블로그
1. 그래핀이란?
그래핀(graphene)은 흑연의 표면층을 한 겹만 떼어낸 탄소나노물질입니다. 연필심으로 쓰이는 흑연은 탄소를 6각형의 벌집모양으로 층층이 쌓아 올린 구조인데 이 것에서 가장 얇게 한 겹을 떼어낸 것이 그래핀입니다. 따라서 그래핀은 2차원 평면형태를 가지고 있으며, 두께는 0.2nm(1nm은 10억 분의 1m) 즉 100억 분의 2m 정도로 엄청나게 얇습니다.
그래핀은 관 형태로 말려 있는 탄소나노튜브와 화학적 성질이 아주 비슷하지만 탄소나노튜브보다 균일한 금속성을 갖고 있기 때문에 산업적으로 응용 가능성이 더 큽니다. 후공정을 통해 금속성과 반도체성을 분리할 수 있습니다.
그래핀이란 단어는 ‘그래파이트(graphite, 흑연)’와 탄소이중결합을 가진 분자를 뜻하는 접미사 ‘-ene’를 결합해 만들어졌습니다.
>> 그래핀의 발견과 만드는 방법
1947년 캐나다의 어느 학자가 “여러 층의 탄소로 이뤄진 흑연을 한 층만 분리해 내면 독특한 물리적 성질이 나타날 것”이라는 추측을 했습니다.
그로부터 57년 뒤, 2004년 영국 맨체스터 대학의 안드레이 가임 교수와 그의 제자 콘스탄틴 노보셀로프 연구원이 흑연을 한층만 분리하는데 성공했습니다.
스카치테이프로 그래핀을 분리해 내는 과정
개구리 공중부양 실험 등으로 이그노벨상을 받기도 한 괴짜과학자 가임교수와 연구팀은 연필심으로 쓰이는 흑연에서 그래핀을 떼어내었습니다. 접착력이 강한 ‘스카치테이프’를 흑연에 붙였다 떼고 다시 다른 스카치테이프를 그 스카치테이프에 붙였다 떼기를 10~20번 가량 반복해 세상에서 가장 얇은 꿈의 물질 그래핀을 세계 최초로 분리해내었습니다.
첨단장비를 동원해도 이루지 못했던 결과를 다소 웃음이 나올 만큼 간단한 방법으로 성공한 것입니다.
>> 그래핀의 특징
그래핀의 두께는 0.2nm~0.35nm 정도로 현존하는 물질 중 가장 얇습니다. 하지만 물리적, 화학적으로는 가장 강한 소재입니다.
휘는 그래핀 이미지
강도가 강철의 200배, 다이아몬드의 2배 이상이며, 반도체 등의 소재로 사용되는 구리보다 전기가 100배 이상 잘 통합니다. 그래핀은 빛의 98%를 통과시킬 만큼 투명하고, 탄성이 뛰어나 잘 휘어지며 늘리거나 구부리고 비틀어도 전기적 성질을 잃지 않습니다.
이쯤 되면 어떤 분야에 그래핀이 쓰일지 예측해볼 수 있지 않으세요?
>> 그래핀이 쓰일 분야
등장한지 6년 만에 세계적 기업들의 집중적인 연구가 이어지고 있으며 활용 영역이 넓어지고 있는 그래핀, 어디에 쓰일 수 있을까요? 영화에서나 나올 듯한 전자제품들이 현실로 나올 수 있을 것 같습니다.
앞서 언급한 그래핀의 성질을 이용하면 기존 물질의 강도를 대폭 늘리거나, 부도체를 전기가 통하게 바꿀 수도 있습니다. 이를테면 플라스틱에 1%의 그래핀만 섞어도 전기가 잘 통하는 플라스틱을 만들 수 있는 것입니다.
얇고 투명하고 휘어지는 특성과 전기전도성을 잘 잃지 않는 특성으로 터치스크린, 몸에 입는 컴퓨터, 종잇장처럼 얇고 접거나 말아서 가지고 다닐 수 있는 모니터, 시계처럼 손목에 차고 다니는 휴대전화, 지금보다 수백 배 빠른 반도체, 종이처럼 지갑에 넣고 다니는 컴퓨터 등 상상할 수 있는 다양한 것들이 현실화되어 더욱 가볍고 편리한 물건들을 사용할 수 있게 될 것입니다.
투명하고 구부러지는 디스플레이
* 터치스크린
터치스크린은 현재도 구현되고 있는 기능이지만 그래핀을 사용하게 되면 더욱 휴대성이 높고 튼튼한 터치스크린을 만들 수 있습니다. 기존 터치스크린의 표면 소재로는 ITO(산화인듐주석)가 사용되어왔는데 이는 2%만 휘어도 쉽게 부서지는데다 전기전도성을 쉽게 잃어버립니다.
* 환경을 위한 과학
그래핀은 얇고 투명하기 때문에 햇빛을 잘 받아 햇빛을 이용해 전기를 생산하는 태양전지에도 쓰일 수 있습니다. 하지만 기존 태양전지에 비해서 효율은 많이 떨어지기 때문에 휘거나 접을 수 있는 장점을 이용해 가정의 커튼 등을 태양전지로 만들어 휴대폰 같은 작은 가전제품의 전원 공급 장치로 이용할 수 있겠습니다.
물론, 아직은 그래핀의 양산기술이 현존하는 소재들보다 뒤떨어지긴 하지만 이 부분도 계속적인 연구로 보완되고 있습니다.
2. 우리나라의 연구 성과
우리나라는 차세대 반도체와 디스플레이 분야에서 세계적인 우위를 다져왔습니다. 그래핀에 대한 관심과 투자 연구는 당연하겠지요.
■ 그래핀의 대량생산 방법 개발
우리나라는 그래핀의 유일한 단점인 부족한 양산을 해결하였습니다. 상온에서 대량 생산할 수 있는 방법을 개발한 것입니다. 새로운 환원제를 이용해 상온에서 불순물이 없는 고품질 그래핀을 대량으로 생산 가능한 방법을 찾아낸 이효영 성균관대학교 화학과 교수팀은 현재 국내 특허출원을 마치고 미국·유럽·중국·일본 등 국외 특허출원을 진행 중 입니다.
■ 하천에서 비소를 99% 걸러내다
최근 우리나라 연구팀에서 그래핀을 활용해 독성 물질인 비소를 하천에서 99% 걸러 낼 수 있는 기술을 개발했습니다.
자철석에 산화그래핀을 붙인 자철석-산화그래핀은 크기가 10㎚에 불과한 나노물질입니다. 강한 자성을 가진 자철석-산화그래핀은 비소에 잘 달라붙기 때문에 이 물질을 하천에 뿌리면 비소를 하천에서 골라낼 수 있습니다.
■ 차세대 반도체에 그래핀 이용
㈜로엔케이는 차세대 반도체 제조에 있어서 기존의 실리콘을 대신해 그래핀을 이용하여 반도체 소자를 생산하는 “그래핀을 이용한 반도체 소자 제조방법”에 관한 특허 출원을 한 바 있습니다.
■ 세계에서 가장 앞선 한국의 그래핀 연구
* 김필립 컬럼비아대 교수(43)
2002년부터 그래핀 분리를 위한 연구를 시작했고 마침내 10장의 원자층을 떼어낼 수 있는 기술을 개발했지만 아쉽게도 가임교수팀에게 노벨상을 놓친 한국인 김필립 교수는 그래핀에서는 전자가 질량이 없는 것처럼 아주 빠른 속도로 움직인다는 독특한 물리적 성질을 처음 실험으로 밝혀낸 논문을 2005년 <네이쳐>지에 발표하였습니다. 또 그래핀의 양자홀효과를 최초로 규명해 그래핀 상용화의 단초를 제시했습니다.
이외에도 홍병희 성균관대 교수는 대면적 그래핀을 만들어내 상용화의 길을 열어가고 손영우 고등과학원 교수는 그래핀 이론을 선도하는 등 그래핀 응용분야의 세계무대에서 한국과학자들은 두드러지게 활약하고 있습니다.
※ 참고사이트·문헌
국가과학기술정보센터 (http://www.ndsl.kr)
경향신문이 만드는 과학 블로그 ‘그래핀과 친절한 탄소씨(C)’ (http://science.khan.kr/43)
‘그래핀, 탄소원자 6개로 이뤄진 2차원 결정성 물질’ (http://www.dt.co.kr/contents.html?article_no=2010102002011857650002)
특허청블로그 아이디어로 여는 세상 ‘노벨상을 휩쓸은 그래핀(graphene) 폭풍!!’ (http://blog.daum.net/kipoworld/1763)
꿈의 신소재 그래핀 상용화 ‘성큼’ 국내 그래핀 특허출원 4년만에 200건 급증
http://www.seoul.co.kr/news/newsView.php?id=20111129025004
(..)
한국은 그래핀 상용화 연구에서 세계에서 가장 앞선 나라로 평가된다. 한국 연구진이 발표한 그래핀 관련 연구성과는 올해만 해도 수십 가지가 넘는다. 이종훈 울산과기대 교수 는 대면적 그래핀의 결정구조와 입자 배열에서 드러나는 독특한 물리적 성질을 세계 최초로 규명해 상용화 장벽을 낮췄고, 김필립 컬럼비아대 교수와 김근수 세종대 교수 연구팀은 그래핀에 다른 물질이 들어갈 때 성질이 어떻게 변하는지를 밝혀냈다. 박장웅 울산과기대 교수는 그래핀을 재료로 전자회로 전체를 한번에 통째로 합성하는 새로운 방법을 개발하는가 하면, 조병진 한국과학기술원 교수는 상용화 공정에 그대로 사용할 수 있는 그래핀 전극을 생산하는 데 성공했다. 특히 조 교수팀의 연구 성과는 전세계 반도체 업계가 고민하고 있는 ‘차세대 20나노급 반도체’ 개발의 핵심 열쇠로 주목받고 있다.
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http://blog.naver.com/ipzungin?Redirect=Log&logNo=70096959956
꿈의 물질 그래핀, 나노칩 활용 길 열었다
http://www.zdnet.co.kr/news/news_view.asp?artice_id=20111201112857&type=xml
(..)
그래파이트(graphite)가 판상구조를 가지는데 그래파이트 한겹을 그래핀이라고 부릅니다.따라서 그래핀은 2차원 물질입니다. (높이가 없음) 그래핀은 탄소로만 이루어져있기 때문에 실리콘과는 전혀 무관합니다.(실리콘 원소기호 Si, 탄소 원소기호 : C)
그래핀의 주된 특징은 그래핀 안에서 전자의 유효질량이 거의 0이어서 그래핀 안에서 마치 빛의 속도로 전자가 움직이는 효과를 본다는 것입니다.따라서 매우 전도도가 높습니다.
(..)
http://www.ecoroko.com/486
그래핀과 프라즈몬과의 혼합
http://nanotechweb.org/cws/article/tech/47094
울산과기대-하버드대, 그래핀 이용 전자회로 합성기술 개발
http://www.etnews.com/201111220112
꿈의 소재 ‘그래핀’ 이용… 차세대 에너지 생산
http://www.daejonilbo.com/news/newsitem.asp?pk_no=955735
그래핀으로 차세대 반도체 만든다
http://news.mk.co.kr/newsRead.php?year=2011&no=94877
(…)
그래핀은 전기가 잘 통하지만 반도체 특성(전기 스위치처럼 전기를 흘렸다 안흘렸다 할 수 있는 특징)을 안정적으로 구현하기가 쉽지 않다. 연구팀은 이번에 불소처리를 통해 그래핀을 반도체로 만들 수 있음을 밝혔다. 이로써 실리콘 반도체소자를 대신할 가능성과 함께 LED로 사용할 수 있음을 보였다. 전기준 박사는 “그래핀은 금속과 같은 완전도체(밴드갭 0)여서 반도체 소자로 개발하는 것은 난제로 꼽힌다. 반도체로 활용하려면 밴드갭(띠간격)이 있어 전류의 흐름을 제어하는 스위치 구실을 해야 하는데, 이 밴드갭이 없다는 게 단점”이라며 “이 때문에 반도체 소자로 응용하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다”고 말했다.
전 박사는 이어 “지금까지 그래핀을 반도체로 만들기 위해 제시된 방법은 실험실에서나 가능한 수준이었다. 또 그래핀의 반도체 특성 구현과 관련해 영국 맨체스터대학 연구팀과 미국 해군연구소 등에서도 연구논문을 발표했지만 가능성만 보여줬을 뿐 직접적인 증거를 제시하지 못했다”며 ” 우리 연구팀은 복잡하고 값비싼 공정 없이 일반 반도체 공정에서 활용하는 불소처리로 반도체 구현에 성공했다”고 말했다. 연구팀은 불소로 처리한 그래핀 띠간격(밴드갭)이 3.8이라는것을 증명하고 또 띠간격을 조절할 수 있음을 보였다고 밝혔다. 다만 상용화를 위해서는 아직 해결할 과제가 많다.
(…)
국내 연구진 그래핀 이용 LED 첫 개발 서울대 이규철 교수팀 사이언스 게재… “디스플레이·태양전지
http://news.hankooki.com/lpage/economy/201010/h20101030023029111720.htm
국내 연구진, 1천배 빠른 차세대 메모리 소자 개발
http://news.naver.com/main/read.nhn?mode=LSD&mid=sec&sid1=105&oid=003&aid=0003718825
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건국대학교는 2일 물리학부 양자상소자전공 이상욱 교수팀과 서울대 박영우 교수팀이 탄소나노튜브와 마이크로 전기역학 시스템 기반의 저전력-초고속 비휘발성 메모리 소자를 세계 최초로 개발했다고 밝혔다.
마이크로 전기역학 소자는 탄소나노튜브 트랜지스터가 쓰고 지우는 역할을 담당한다. 게이트에 전하를 직접 주입하거나 제거해 비트 1(on)과 0(off) 상태를 만드는 방법으로 메모리 소자의 속도와 전력소모를 크게 향상시킬 수 있게 됐다.
또 탄소나노튜브에 흐르는 전류값을 전기역학 소자에 가하는 전압 변화로 손쉽게 조절해 하나의 메모리 셀에 0과 1뿐 아니라 여러 상태의 기억(Multinary Bits)을 가능하게 해 데이터 저장 용량을 극대화 할 수 있었다.
한국-스웨덴 탄소기반나노구조 연구센터를 책임지고 있는 박영우 서울대 교수는 “이번 연구는 차세대 반도체 메모리에 대한 인식의 지평을 넓히는 차원을 넘어서 탄소기반 나노구조가 실리콘 반도체를 실제로 넘어설 수 있는 가능성을 보여줬다”고 말했다.
이상욱 건국대 교수는 “그래핀 또는 탄소나노튜브를 이용한 나노 전기역학 시스템을 결합한 새로운 형태의 나노 소자를 개발해 기초 물성 연구 뿐 아니라 반도체 분야에 응용할 수 있는 가능성을 함께 탐구하는 후속 연구를 진행 중”이라고 밝혔다.
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그래핀을 이용한 ANTI-EMP폭탄을 위한 전자소자.부품.회로 개발 가능성 검토
1. 그래핀층과 on/off 화합물의 적층구조 을 이용 EMP PROTECTION 소자/회로 개발(개발방향과 가능성검토)
1). 그래핀 물리적 특성
그래핀은 흑연의 표면층을 가장 얇게 한겹 떼어낸 탄소 원자가 6각형 형태의 벌집 모양으로 연결된 2차원 탄소나노구조체로 실리콘이나 구리보다 전기 전도도가 100배 이상 전기가 잘 통하고 강도도 강철보다 200배이상 강하며 열전도성과 신축성이 뛰어나 늘리거나 구부려도 전기전도성이 유지되고 두께가 고작 0.35㎚(나노미터·1㎚는 10억분의 1m)에 불과하기 때문에 투명하게 소자,회로를 제작가능 하다 . 이같은 특성에 따라 그래핀은 현행 실리콘 반도체를 대체할 차세대 전자 소자와 휘어지는 디스플레이, 입는 컴퓨터 등에 활용할 수 있는 ‘차세대 꿈의 신소재’로 부각되고 있다.
2). EMP Protection 기능을 가진 전기전자 소자/ 회로개발
위 물성중 열전도성과 구리보다 전기 전도도가 100배 이상(저항이 거의 0에 가깝다)높다는 특성을 이용 EMP Protection 기능을 가진 전기전자 소자나 회로 제작이 가능 할것으로 판단된다.
-. 그래핀층과 on/off 화합물의 적층구조
회로구성을 한 그래핀 배열 위에 가변적 전압에 on/off 스위치 역활를 하는 화합물(불문물)층으로 적층 구조로 하고, 그래핀 회선(회로)간의 틈새는 나노공간을 특정전압 이상의 부하가 걸리시에 두회선은 tunneling effect로 전류가 스위치역활를 하는 화합물에 전류가 흐리지않고 그래핀 회선에만 bypass 흘러가게 하여 결과적으로 불순화합물 구조를 보호 하게 하는 개념이다.
-. 내부 전자소자로서 동작시키는 전압 : 0 ~ 10 mV 이내
-. Bypass 시킬전압 : 100 ~ 1000mV 이상
3). EMP Protection 원리
그래핀으로 전자소자,부품,회로 를 상기 적층구조로 제작하면 EMP 나 초고주파의 전자기파로 발생하는 초고전력의 유도전류가 내부 화합물으로 흐르지 않고 그래핀으로 훌러가게 해 내부소자 구조가 타지않게 하는 원리이다. 이것은 고압의 송전선이 끊어져서 땅에 접지가 되 있을때 사람이 그전선을 접촉하게 되더라도 사람으로 흐르지 않고 땅속으로 흘러가는 것과 동일한 원리다.
2. 탄소나노튜브 트랜지스터로 제작한 나노소자로 구성된 전자소자/부품 으로 EMP PROTECTION 구현 가능성
이 소자자체가 그래핀 특성을 그대로 가지고 있어 전기적 저항이 0에 가깝고 열전도성이 뛰어나서 EMP 전자기유도 현상에 내부가 파손되지 않는 특성을 지닐것으로 판단된다.(전자소자가 파손되는 것은 고전력에 의해 내부회로가 타버리기 때문이며 열이 발생하는것은 전기저항 때문이다. 99.9의 순도 구리선도 내부저항이 있어서 고압이 걸리면 열이 발생되고 한계를 초과하면 열에 의해서 녹아버리는 것이다.그런데 그래핀은 전기저항이 거의 0에 가깝ㄱ 때문에 열이 발생하지 않을것이고 열이 발생하더라도 열전도성이 높아서 주변 보호차페구조물로 전도 시킴으로 자신을 보호 할수 있을것이다.)
위 링크를 검색 해 보면 그래핀 응용분야에는한국이 세계 선두주자이다. 누구 보다 빨리 EMP Protection 를 가진 신개념의 전자기 소자를 가까운 시일내 구현할수 있다고 판단 되었다. 이기술은 그장벽이 높아서 극히 일부국가를 제외하곤 향후 3~4년내 구현 불가능 하다는 소견이다.
이기술이 적용된 전자소자.부품으로 교체한다면 그 어떤 EMP 에도 끄덕없는 군사무기.산업시설를 보호 할수있게 되는것이다. 암튼 차분하게 기다려 보자
포항에 ‘그래핀 밸리’를 구축하는 까닭은
새로운 소재의 탄생, 새로운 물질의 발견은 세상에 엄청난 기대를 준다. ‘그래핀(Graphene)’이 딱 그런 예다.
그래핀은 상온에서 구리보다 100배나 많은 전류를 실리콘보다 100배 이상 빠르게 흘러가게 할 수 있고, 열전도성도 탁월해 구리보다 10배나 더 열을 잘 전달한다. 강도는 강철보다도 100배 이상 강하다.
빛이 통과될 정도로 투명하기까지 하다. 또한 자기 면적의 20%까지 늘어날 정도로 신축성도 좋다. 게다가 완전히 접어도 전기전도성이 사라지지 않는다. 얇으면서도 잘 휘어지고 가볍기까지 하니 그래핀은 그야말로 초강력 물질이라고 할 수 있다.
문제는 이 그래핀 소재를 아직 대량으로 만들어내지 못하고 있다는 것. 노벨 물리학상을 수상할 만큼 ‘꿈의 신소재’라고 불리는 그래핀이지만 양산의 문턱을 넘지 못하고 있는 것이다.
그러나, 꿈을 꾸는 사람들은 이 매력적인 소재를 가만히 놔둘리 없다. 세계적인 기관들이 시장을 개척하여 주도권을 차지하기 위해 상용화를 위한 연구개발에 뛰어들고 있다.
지난 3.31일 포스코도 국내 벤처, 대학, 연구기관, 지역사회와 더불어 그래핀 기술 상용화를 위한 여정에 동참을 선언했다. 소재 중의 소재인 철강을 메인 업(業)으로 하고 있는 포스코지만, 미래 신소재에 대해서도 눈을 열어두고 있는 것.
그래핀스퀘어, 포스텍, RIST, 포항시와 함께 협약한 포항 그래핀 밸리 구축을 통해 그래핀 기술의 상용화를 앞당겨, 시장을 선도하겠다는 야심찬 발걸음이 시작된 것이다.
l 포스코•포스텍•RIST•포항가속기연구소… 산학연 최적 인프라
그래핀 밸리를 포항에 구축하게 된 것은 무엇보다 우수한 산(産)•학(學)•연(硏) 인프라가 뒷받침됐기 때문이다. 기초과학의 포스텍, 상용화 연구의 RIST(포항산업과학연구원), 제조공정 연구에 강한 포스코 기술연구원을 비롯해 포항가속기연구소 등 연구 인프라가 포진하고 있다.
또 미래 그래핀 소재시장 개척을 위해 포항시와 포스코그룹이 두 팔을 걷어부치고 협력과 지원을 약속한 것도 주효했고, 포스텍을 졸업하고 그래핀스퀘어를 창업한 홍병희 서울대 교수의 남다른 포항 사랑도 한 몫을 했다.
포항 그래핀 밸리 구축을 위한 참여 기관의 역할을 차례로 살펴본다.
먼저, 포항 그래핀벨리의 주인공 그래핀스퀘어㈜. 그래핀스퀘어는 그래핀 양산의 핵심인 Roll to Roll 연속합성법* 원천기술을 보유하고 있으며, 현재는 제품 상용화를 위해 박차를 가하고 있다. 포항 그래핀 밸리를 통해 양산체제를 구축하고 응용기술을 개발할 계획이다.
다음은 포스코. 포스코는 RIST의 공정기술 전문가와 협업해 R2R(Roll to Roll) 양산설비 구축을 지원한다. ‘기본소재’인 철강 제조공정의 기술과 노하우를 활용해 그래핀 R2R 공정 구축에도 적극 활용할 계획.
포스텍은 부설 나노융합기술원의 기술사업화 지원장비와 클린룸 등 첨단 나노인프라 시설을 활용해 그래핀이 적용된 반도체, 디스플레이, 나노융합소재 등의 성능 분석을 지원한다. 이 과정에서 확보된 기술은 국제 표준화를 추진해 그래핀 응용기술분야 글로벌 선점을 지원한다는 계획이다.
포항가속기연구소는 4세대 방사광가속기의 EUV(Extreme Ultraviolet, 극자외선) 광원을 활용해 그래핀의 전자 구조를 분석하고, 반도체 등 응용소재의 신뢰성을 확보할 계획이다.
한편, 포항시는 포항 그래핀 특구 지정을 통해 응용기술이 필요한 기업 유치와 입주기업들에 행정편의를 지원한다.
l ‘첨단 망토’ 그래핀의 응용분야는?
그래핀은 기존의 물질에 단단함을 더할 수 있고 전기가 통하지 않던 물질을 도체로 바꿀 수있는 ‘첨단 망토’로 불려진다.
그래핀 대량생산이 이뤄지면 소재 응용이 무궁무진해 다양한 산업군에 새로운 패러다임을 가져올 것으로 예상된다. 뛰어난 강도, 열전도율, 전자 이동 등이 요구되는 디스플레이, 2차전지, 태양광, 자동차 조명 등을 비롯해 방열 필름과 코팅 재료까지 전반적인 국가 주력 산업에 그래핀 적용이 가능하다.
포항 그래핀 밸리의 성공적인 운영을 통해 포항이 세계를 깜짝놀라게 할 소재 혁신을 일으키는 또 하나의 메카가 되길 기대한다.
국일제지 주가 그리고 꿈의 신소재 그리핀
꿈의 신소재 그래핀 그리고 국일제지
꿈의 신소재라고 불리는 물질 그래핀 그리고 이 소재를 생산하는 유관한 대한민국 기업이 하나 있으니 바로 국일제지의 국일 그래핀입니다. 올 한 해에만 상장주인 국일제지의 주가는 이만큼이나 올랐습니다. 2배 3배 아닙니다. 올해 3-4월에 비해 무려 10배가 올랐습니다.
그래핀이란?
탄소원자들이 육각형의 벌집 모양으로 연결되어서 평면구조를 이루는 고분자 탄소 동소체를 그래핀이라고 합니다. 강철보다 수백 배 단단하고 질겨서 다양한 산업용 군사용으로 사용될 것으로 예상됩니다.
연성도 뛰어나서 면적의 20%를 늘려도 깨지지 않는다고 합니다. 은보다 열전도성이 높고, 구리보다 100배 이상으로 전기가 잘 통합니다. 실리콘보다 100배 이상 전자의 이동도 빠르고 기존 반도체보다 전기의 흐름을 빠르게 할 수 있어서 실리콘 기판을 대체할 것으로 보입니다. 또한 접어도 전기 전도성을 잃지 않아서 앞으로 나오는 롤러블 디스플레이에도 적용될 수 있는 물질로 평가되고 있습니다.
그래핀은 이미 1970년대에 발견되었지만, 표면에너지가 너무 높아서 불안정하며 실제로 만드는 것은 불가능하다고 생각되었습니다. 1990년대에 세계적인 연구소와 기업들이 다양한 온도와 압력, 그리 호 화학반응을 사용하여 그래핀을 만들고자 하는 시도들이 있었으나 고작 50개의 그래핀 층만을 분리해내는 것밖에 못했습니다.
그런데 이걸 2004년 진짜 단순하게 스카치테이프를 사용해서 흑연에서 분리해냈습니다. 그것도 그래핀 실험이 아니라 단지 호기심을 충족하기 위한 재미로 했었던 것인데, 세상에서 가장 얇은 물질을 만들어 보자고 하며 스카치테이프에 흑연을 붙였다 떼었다 하면서 두께를 확인한 결과 단일 원자 두께의 그래핀이 분리되어 있는 것을 발견했다고 합니다.
안드레 가임과 노보셀로프의 장난으로 이루어졌던 실험을 했던 이 두 물리학자는 2010년에 노벨 물리학상을 수상 가지 했습니다.
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국일제지의 그래핀
국일제지는 자회사 국일그래핀을 만들었습니다. 국일제지는 원래 기업명에서 알 수 있듯이 각종 종이류를 생산하고 판매하는 회사입니다.
특히 특수지에 해당하는 담배필터에 들어가는 박엽지를 주력으로 제조하고 있습니다. 또한 수소연료전지 자동차에 사용되는 탄소 종이를 개발하고 있습니다. 2018년에 지분 100%로 국일 그래핀을 설립하여 산학 협력으로 그래핀 사업 연구개발과 실용화에 힘 쏟고 있습니다.
국일 그래핀은 최근 플렉시블 소재인 PET필름에 박막 그래핀을 합성하는 데 성공하고 기존 4인치 밖에 안되던 소재 그래핀 적용기술을 8인치까지 늘렸습니다. 특히 고온에 취약한 필름 위에까지 그래핀 합성이 가능해지면서 디스플레이 시장에 적용을 할 수 있는 것이 아닌가 시장의 기대가 커지고 있습니다.
국일 그래핀은 차별성을 가진 필름 제조 방식의 대면적 그래핀 양산화 설비능력 갖추고 있습니다. 2020년 3월이면 Roll to Roll CVD대면적 그래핀 기계설비 구축과 생산공장 준비를 완료하고 시운전에 들어갈 것이라고 합니다. 품질 안정화 과정을 거쳐 상용화에 들어간다면 국일제지의 기업가치는 더욱 높아질 것으로 보입니다.
그러나 이러한 그래핀기술이 단시간 내에 실제로 사용화가 가능한지에 대해서는 아직 멀지 않았나 하는 것입니다. 국일제지의 그래핀 기술이 구체적인 산업에 적용할 만큼 발전하지 못한 것으로 추정됩니다.
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그래핀의 상용화가 어려운 이유
너무 많은 장점을 가지고 있는 그래핀이지만 전기전자분야에서 활용은 앞으로 수년간은 어려울 것으로 보입니다. 그 이유는 띠 틈(Band Gap)을 열기 어렵기 때문입니다. 구조 대칭성을 깨지 않으면 띠 틈을 열 수 없고, 구조를 깨면 그래핀의 장점이 사라집니다. 이러한 띠 틈을 열지 못하면 전원을 켜고 끌 수 없고 소자로 이용 가치가 없는 것이 됩니다.
신사업이 등장하면 주요 투자자들이 관심을 쏟게 되지만 그래핀은 당장 수요가 늘어날 5G기술이나 배터리 시장 규모에 비해서는 성과를 내기가 어려운 상황으로 보입니다.
국일제지 내부거래로 영업이익을 낸게 아닐까?
최근 국일제지는 이미 내부거래를 통해서 영업실적을 조작한 것이 아닌가 하는 의혹이 제기되고 있습니다.
컨버즈라는 회사는 국일제지는 특수관계에 있습니다. 2015년에는 컨버즈의 지분을 66%를 들고 있는 최대주 주였기도 했습니다.
국일제지는 지난 몇년간 특수지 중 하나인 박엽지를 내부거래로 컨버즈라는 회사에 납품하면서 꾸준히 매출액과 영업흑자를 내왔습니다. 그러나 컨버즈는 반면에 매출은 늘어남에도 불구하고 대규모 영업적자가 지속되었습니다. 국일제지가 지표상 흑자를 위해서 컨버즈에 물량을 떠넘긴 것이 아닌가 하는 의혹이 있습니다.
현재 국일제지가 갖고 있는 컨버즈의 지분은 0.3%대밖에 되지 않습니다. 컨버즈는 제지사업을 아예 중단할 정도로 기업실정이 악화되고 대표이사가 경영악화로 물러나고 주식은 상장폐지되었습니다.
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테마주의 한계를 벗어나지 못하는걸까?
바이오주도 국일제지의 그래핀 주도 마찬가지로 사람들의 기대감을 먹고사는 주식인 듯합니다. 물론 앞으로 신기술과 소재가 개발되어서 세계적 산업을 발전시켜준다면 정말 좋겠지만 단기적으로는 아직 불명확성이 많은 주식이라고 생각합니다. 한국 바이오 주식에서 얻은 교훈을 국일제지에서도 적용하시길 바라겠습니다.
크리스탈신소재, 그래핀 제품 상업화 양산 추진
[서울=뉴시스] 고범준 기자 = 권성동 국민의힘 당대표 직무대행 겸 원내대표가 9일 오후 서울 여의도 국회에서 열린 화상의원총회에 참석하고 있다. (공동취재사진) 2022.08.09. [email protected] [서울=뉴시스] 이재우 김형섭 기자 = 권성동 국민의힘 원내대표는 16일 더불어민주당과 시민단체간 보조금을 매개로 한 유착 관계를 주장하면서 감사원에 시민단체 보조금에 대한 철저한 감사를 촉구했다.권 원내대표는 이날 오전 국회에서 열린 원내대책회의에서 감사원이 정부부처와 지방자치단체로부터 보조금을 받고 있는 시민단체 1716개를 대상으로 한 보조금 집행 특별감사에 착수한 것을 언급한 뒤 이같이 밝혔다.
그는 “김대중 정부 시절 비영리 민간단체 지원법이 제정된 이래 시민단체는 국가로부터 재정적 행정적 지원을 받고있다”며 “그러나 국가 지원에도 불구하고 시민단체는 양적 성장에 비해 질적으로 성숙하지 못했다. 오히려 민주당과 유착까지 했다”고 주장했다.
이어 “권력이 세금으로 시민단체를 지원하면 시민단체는 정치적 지지로 보답했다”며 “즉 시민단체가 관변단체 혹은 정치예비군으로 전락했던 것”이라고 지적했다.
그는 “이제라도 철저한 감사를 통해 시민단체 부패와 타락을 뿌리 뽑아야 한다”며 “국민의힘은 대선시기 시민단체 카르텔의 문제를 지적한 바 있다. 윤석열 대통령 역시 시민단체 불법이익 전액 환수를 한줄 메시지로 공약했다”고 상기시켰다.
그러면서 “국민과 약속을 지키기 위해 정부는 시민단체에 대한 정기감사, 회계 부정에 대한 징벌적 환수 조치, 투명한 회계시스템 도입 등 보다 구체적 후속대책을 마련해야 한다”고 했다.
그는 “지금 국회는 결산시즌이다. 행정안전부, 통일부, 외교부, 문화체육관광부, 환경부, 여성가족부처럼 시민단체 지원건수 많은 부처에 대한 철저한 점검이 필요하다”며 “회계부정은 물론 지원사업의 타당성과 사업 선정 과정의 공정성 등도 함께 검토해주기를 바란다”고 주문했다.
권 원내대표는 국회 결산 심사와 관련해 “당분간 재정부담이 강제되는 상황인 만큼 낭비성 지출은 철저히 근절해야 한다”며 “각 상임위를 중심으로 가짜 일자리사업, 이념 편향사업, 이권 카르텔 사업, 전시행정 사업 등을 집중 점검해야 한다”고도 당부했다.
이어 “또한 과거 사업이 공공성과 효율성이 부족함에도 불구하고 관성적으로 지속한 부분이 없었는지 엄정히 따져야 한다”며 “결산심사를 국정감사와 연계해 그간 방만하게 운영해왔던 국가재정 운영에 경종을 울리는 기회로 삼아야 한다”고 했다.
박홍근 더불어민주당 원내대표는 16일 용산 대통령실 집무실 이전과 관저 공사 수주 특혜 의혹 등에 대한 국정조사와 관련해 “국정운영 난맥상의 근본 원인이 되고 있는 윤석열 대통령 부부의 온갖 사적인연으로 점철된 인연의 뿌리부터 발본색원하겠다”고 말했다.
박 원내대표는 이날 오전 국회에서 열린 민주당 의원총회에서 “곧 국정조사 요구서를 제출하겠다”며 이같이 밝혔다.
박 원내대표는 “집무실과 관저 공사 수주를 둘러싼 특혜와 비리 의혹을 그대로 방치하고 넘어갈 수 없다”며 “이미 윤 대통령 부부의 측근과 지인 등의 사적채용이 일상화돼 공정과 상식, 법치가 무너진지 오래”라고 주장했다.
이어 “윤 대통령은 국민 다수의 반대에도 불구하고 용산 대통령실 이전을 강행하며 공간이 의식을 지배한다고 했는데 100일 간의 국정운영을 지켜보며 윤석열 정부를 지배하고 추종하는 그 의식이 대체 무엇인지 알 길이 없다”며 “대통령이 있는 곳이 상황실이라는 주장대로라면 왜 청와대에는 하루도 들어갈 수 없는지 의문”이라고 꼬집었다.
그러면서 “윤 대통령은 서초동 자택에서 전화 지시를 내리고 총리는 자택이 벙커 수준이라는 기가 막힌 주장까지 했다”며 “자택으로 퇴근한 대통령은 국민의 위기를 제대로 감지하지 못했다. 국가적 재난 상황에 처하자 공간이 의식 지배한다는 대통령 말이 역설적으로 증명된 셈”이라고 강조했다.
윤석열 정부 취임 100일에 맞춰서 국정조사 요구서를 내기로 한 민주당은 이르면 오는 17일 국회에 제출할 예정이다.
박 원내대표는 또 “지난주 윤 대통령이 한동훈 법무부 장관을 통해 시행령 통치로 오만과 독선의 국정운영을 변함없이 이어갈 것임을 예고했다”며 “대통령 지지도가 하락하자 민생을 챙기고 국민 뜻을 겸허히 받드는 대신 국면 전환을 위한 정치적 의도만 노골화한 것”이라고 비판했다.
그러면서 “국민을 방패삼아 입법부를 무시하는 ‘소통령’ 한동훈 장관의 태도와 방식 또한 오만하기 짝이 없다”며 “법을 수호해야 할 장본인이 헌법이 보장한 국회의 입법권을 정면으로 부정하며 또 다시 시행령 통치를 일삼는 행위는 책임지게 될 것”이라고 말했다.
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꿈의 신소재 ‘그리핀’ 화학산업 날개 단다
울산시는 ‘제7회 울산 화학의 날’을 맞아 22일 오전 11시 UNIST(총장 조무제) 내 건립대지에서 ‘제7회 울산 화학의 날 기념식 및 저차원 탄소 혁신소재 연구센터 기공식’을 개최했다.이날 행사에는 박맹우 시장, 서동욱 시의회 의장, 김복만 교육감, 조무제, 조무제 UNIST 총장, 부구욱 영산대 총장, 박광일 한국폴리택대학 울산캠퍼스 학장, 강한영 대한화학회 회장 등 내빈과 기업인, 학회 관계자 등 200여명이 참석했다.저차원탄소 혁신소재 연구센터는 디스플레이와 초고성능 반도체, 수소 자동차용 에너지 저장 물질, 투명 전극 등 응용 분야가 다양한 꿈의 신소재 그래핀의 기초연구에서 세계적 연구중심지로 글로벌 네트워크를 갖추기 위해 건립된다. 전체사업비 245억원(국비 200억, 시비 35억, 민자 10억)이 투입돼 지하 1층, 지상 5층 규모로 건축 연면적 5700㎡로 건립되며 2014년 준공 예정이다.이날 기념식에서는 화학 산업 발전에 공이 많은 백종범 UNIST 교수 등 6명이 지식경제부장관상을, 함병경 SK케미칼(주) 수석연구원 등 10명이 울산시장상을 각각 수상했다.박맹우 시장은 이날 기념사를 통해 “중국이 대규모 시설을 설립해 추격을 하고 있고, 산유국이 화학산업에 뛰어들고 있어 최근 세계 화학산업에서 한국의 상황이 어려워지고 있다”며 “저차원 탄소 혁신소재 연구센터는 울산을 넘어 대한민국 화학산업의 새로운 희망을 던져 줄 것이라 확신한다”고 말했다.조무제 총장은 축사에서 “저차원탄소혁신소재연구센터는 앞으로 꿈의 신소재로 불리는 탄소섬유, 탄소나노튜브, 그래핀 등 자동차, 항공기, 전자산업 등에 다양하게 사용 될 수 있는 최첨단 화학신소재 개발에 주력 할 것”이라고 말했다.강한영 대한화학회 회장은 “창의력을 바탕으로 여러분의 아이디어로 세상을 움직이는 융합의 시대가 왔다. 화학은 융합을 할 수 있는 가장 적합한 학문이라 생각한다”며 “화학의 날 행사를 통해 많은 사람들이 화학에 대해 긍정적인 인식을 가졌으면 한다”고 전했다.울산시는 화학산업을 고도화 하기 위해 정밀화학센터설립, 부품소재연구소, 신화학실용화센터 등 인프라 구축을 해왔으며, 연구원들과 국가의 도움으로 많은 R&D 과제도 수행해 오고 있다.올해 울산시는 화학산업 고도화 및 신소재산업 육성을 위해 ▲기존 석유화학산업 고도화 ▲정밀화학산업을 전략산업으로 육성 ▲신성장 동력인 바이오화학산업 기반 조성 등 3대 추진 전략을 세워 추진해 나갈 계획이다.아울러 저차원 탄소 혁신 소재 연구센터(센터장 백종범)는 2010년 그래핀 연구로 노벨물리학상을 받은 영국 맨체스터대학교 노보셀로프 교수(명예센터장)와 UNIST 교수들이 연구에 박차를 가하고 있다.특히 세계적 석학들과 인적 네트워크를 구축해 공동연구를 진행 중이며 통합적인 융합 연구를 추진하고 있다. 이를 통해 그래핀의 기초 연구뿐만 아니라 응용 연구에도 집중함으로써 고품질 그래핀의 대량 생산 및 고분자 복합재료의 연구개발에 힘을 쏟고 있다.이와 함께 오후 1시30분부터는 ‘글로벌 리더 특별 초청강연회’가 UNIST 대강당에서 기업체 CEO, R&D 전문가, 울산과학고 및 현대 청운고 학생 등 400여 명이 참석한 가운데 열렸다.이날 강연에서는 2010년도 노벨화학상을 수상한 미국 퍼듀대학교 ‘네기시 에이이치’ 교수와 국내 저명 과학자인 ‘윤의준’ 차세대 융합기술연구원장과 ‘윤경병’ 한국인공광합성연구센터장이 초청돼 ‘과학자로서 살아온 길과 첨단융합화학의 현재와 미래’라는 주제로 강연을 펼쳤다.
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상보, 그리핀 대량생산 기술 확보
박리 그래핀 분야 세계 최초 기술이전 및 상용화 추진
상보가 한국전기연구원(KERI)로부터 차세대 나노신소재인 그래핀의 대량생산과 관련한 기술을 이전받는데 성공했다.
상보는 16일 한국전기연구원(KERI) 이건웅 박사팀이 개발에 성공한 ‘고품질 그래핀 대량제조과 유연전극 응용기술’의 이전 민간기업 최종 선정됨에 따라 조인식을 가졌다.
그래핀은 흑연의 표면층을 한 겹만 떼어낸 탄소나노물질로, 구리보다 100배 이상의 전기전도성과 강철보다 200배 이상 강도를 지닌 특성 때문에 전자재료, 에너지 등 산업전반에 걸쳐 활용이 가능한 차세대 나노신소재로 주목받고 있다.
상보가 이전받은 기술은 습식공정 기반의 고효율 그래핀을 대량생산할 수 있는 기술로, 고기능성 플렉시블 투명전극 상용화에 가장 근접한 기술로 평가받고 있다.
이에 따라 상보는 “기술이전 성공으로 기존 투명전극물질 인듐주석산화물(ITO)를 대체하는 탄소나노튜브(CNT)와 그래핀 하이브리드 투명전극, 플렉시블 디스플레이, 태양전지 등 자사의 디스플레이 소재기술 상용화에 탄력을 받을 것”으로 기대했다.
김상근 상보 대표는 “그래핀 제조기술의 조기 양산을 위하여 향후 3년간 약 400억원 이상의 투자를 계획하고 있으며, 정전용량 투명전극 필름, 플렉시블 디스플레이 및 태양전지 전극소재 등으로 향후 5년간 약 6000억원 이상의 매출 달성이 가능할 것”이라고 말했다.
‘꿈의 나노소재’ 그래핀 시대 열다
접는 컴퓨터 등 소프트 일렉트로닉스 조기실현
최근 정부가 2100억원 규모의 ‘그래핀 소재·부품 상용화 기술개발사업’을 추진하는 등 ‘꿈의 신소재’로 불리는 그래핀 상용화에 드라이브를 걸고 있는 가운데, 국내 연구진에 의해 개발된 그래핀 대량제조 기술이 세계 최초로 국내 중견기업에 의해 상용화돼 본격적인 그래핀 시대를 예고하고 있다.
그래핀은 높은 전기전도성과 전하이동도의 특성 등으로 향후 응용 가능성이 높아 꿈의 신소재로 불리고 있으며, 최근에 집중적으로 연구가 이루어지고 있었다.
KERI 이건웅 박사팀이 개발한 기술은 현재 그래핀의 상업화를 위해 제시되고 있는 화학기상증착법과는 달리 습식공정 기반 화학적 흑연 박리법으로 고효율의 그래핀을 대량 제조를 위해서는, 차별화된 미래선도 나노소재 제조기술로서 KERI가 세계 최초로 확보한 대면적·고품질 그래핀의 고농도 분산, 페이스트 대량제조기술이다.
또한 흑연으로부터 추출된 그래핀을 얇고 고르게 분산·유지시킨 고농도 용액 및 페이스트, 그리고 다공성 분말의 대량제조를 통해 시계처럼 손목에 감거나 둘둘 말아서 가방에 넣을 수 있는 컴퓨터 등 차세대 유연(flexible) 전기전자·에너지 소자 적용을 위한 인쇄전자공정에 접목이 가능하다.
연구팀은 우선 2차원 나노소재인 그래핀의 상업화를 위해서 탑다운(Top down) 방식의 흑연박리법 기반 대량 그래핀 생산, 인쇄전자 접목을 위한 습식공정기반 고농도 분산용액 및 페이스트 제조기술을 확보하고, 그래핀·탄소나노튜브(CNT) 하이브리드 소재기술 접목을 통해 고기능성 유연투명전극의 상용화에 적용 가능한 나노융합기술을 확보했다.
특히 농도와 점도 조절이 쉬워 인쇄전자용 잉크로 직접 활용할 수 있어 향후 소프트 일렉트로닉스의 구현을 위한 습식공정기반 인쇄전자공정 적용이 가능할 것으로 보고, 나아가 대량 제조된 그래핀의 각종 소자응용 원천기술의 선점으로 세계 시장에서 그래핀 응용분야의 경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 전망했다.
KERI의 그래핀 대량제조기술은 향후 투명전극에 필수적으로 쓰이는 ITO(산화인듐주석)를 대체하는 탄소나노튜브·그래핀 혼성 투명전극, 유연(flexible) 디스플레이, 태양전지 등의 각종 유연 전극, 에너지 소자전극 및 전자파 차폐필름, 자동차 열선유리 등에 쓸 수 있는 투명히터, 스마트 윈도우, 각종센서 등에 다각적인 활용이 가능하다.
연구팀의 성과는 해당 연구결과는 지난해 2월 나노기술 분야의 최신 원천 연구성과를 다루는 유력 국제학술지 ‘ACS NANO'(Impact Factor=9.85)에 2편, ‘Small'(Impact Factor=7.33)에 1편 등이 게재됐으며, 지난해 11월 산업기술연구회가 차세대 국가먹거리 창출을 위한 세계제일의 원천기술로 선정해 발표한 6개 ‘세계 1등 도전과제’의 하나로 선정되기도 했다.
한편, 전기기능성 나노카본소재인 그래핀 나노기술과 관련된 세계시장규모는 2018년 약 24조원(Standard resources, NanoMarkets 2010), 국내시장규모는 2015년 4조원에 달할 것으로 예상된다.
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