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발행일: 2017/09/19 김현지 기자

4차 산업혁명을 선도할 꿈의 나노 물질, 그래핀(Graphene)
– 구리보다 전기가 잘 통하고, 실리콘보다 전자의 이동성이 빠른 신소재

올해 1월 투자의 귀재라고 불리는 금융인 ‘짐 로저스(Jim Rogers)’가 서울에 방문했다. 당시 그가 기자 간담회에서 했던 투자 발언이 큰 주목을 받았다. 4차 산업혁명을 선도할 획기적인 신소재를 ‘그래핀(Graphene)’이라고 언급했기 때문이다.

‘그래핀(Graphene)’이란 흑연을 뜻하는 ‘Graphite’와 탄소이중결합 분자를 의미하는 접미사 ‘ene’가 결합된 말이다. 단어 구성에서도 알 수 있듯 그래핀은 흑연과 밀접하다. 흑연은 육각 형태로 연결된 탄소 원자들이 층층이 쌓인 구조이고, 그렇게 층층이 쌓여 여러 층으로 이뤄진 흑연의 분자구조에서 한 층만 떼낸 것이 바로 그래핀이다. 즉, 그래핀은 탄소 원자들이 육각형 그물처럼 옆으로만 퍼져있는 단층형 평면 구조이다.

▲ 4차 산업혁명을 이끌어갈 핵심 소재로 떠오른 ‘그래핀’ (출처: extremetech)

이와 같이 2차원 평면 형태인 그래핀은 0.2nm(나노미터)라는 엄청나게 얇은 막으로 이뤄져 있지만, 물리적·화학적 안정성은 매우 높게 나타난다. 반도체로 주로 쓰이는 실리콘보다 100배 이상 전자가 빨리 이동하고, 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하며, 열전도성은 이전까지 최고를 자랑했던 다이아몬드보다 2배 이상 높다. 또한, 강철보다 200배 이상 단단한 강도를 가지고 있지만, 신축성이 탁월해 늘리거나 접어도 전기를 전달하는 성질은 잃지 않는다.

이러한 특성의 그래핀은 다양한 분야에서 활용된다. 대표적으로 휘어지거나 입는 플렉시블(flexible)이나 웨어러블(wearable) 디스플레이 제작에 사용된다. 또한, 가볍고 튼튼한 특성을 이용해 자전거나 자동차 외장재, 항공 우주 부품을 만들어 연료비나 유지비를 감소하고, 질기고 유연한 성질을 이용해 방탄조끼와 인공근육을 만든다. 이 밖에도 바닷물에서 소금기를 제거하는 담수화 필터나 태양광 발전, 초고속 반도체, 고효율 태양전지 및 2차 전지에도 폭넓게 그래핀이 운용되고 있다.

5초만에 방전된 휴대폰을 완충시키고, 우주항공부품을 만들며, 초고속반도체까지 활용되는 차세대 신소재 그래핀의 세계 시장 규모는 2030년까지 매년 22.1% 증가해 600조 원에 이를 것으로 전망된다.

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