[고분자설계] 그래핀과 탄소나노 튜브

1. 그래핀의 구조와 특성

그래핀은 탄소 원자가 육각형 벌집 구조로 배열된 2차원 평면 구조를 가진 신소재이다. 이러한 구조는 각 탄소 원자가 sp2 혼합 오비탈을 통해 강한 공유 결합을 형성하여 높은 강도와 뛰어난 전기적, 열적 특성을 가능하게 한다. 그래핀은 두께가 원자 두께 수준인 단일 층이기 때문에 투명성이 매우 높으며, 약 97.7%의 빛 투과율을 보인다. 이 특성 덕분에 유전체 또는 투명 전극 소재로 활용 가능하며, 태양전지와 디스플레이 분야에서 주목받고 있다. 물리적 강도는 강철보다 100배 강하여 탄소 섬유와 비교 시 강도 대비 무게 비가 15배 이상 뛰어나다. 전기적 특성은 매우 뛰어나는데, 전자 이동도가 200,000 cm²/Vs에 이르러 실리콘보다 훨씬 빠른 전자 이동성 값을 보여준다. 이러한 전기적 특성은 그래핀의 투과성 높은 전극, 센서, 고속 디스플레이 소자 등에 활용되고 있다. 열전도율도 뛰어나서 실리콘보다 5배 이상 빠른 5,000 W/m·K에 도달하며, 이는 전기 및 열적 성능을 동시에 요구하는 전자기기에 적합성을 높인다. 그래핀은 또 생체적합성과 유연성도 갖춰서 차세대 바이오센서, 투명 전극, 유연 전자기기의 핵심 …