2010년 노벨 물리학상의 주인공이면서 세계를 발칵 뒤집어 놓은 신소재가 있습니다. 바로 ‘그래핀(Graphene)’이라는 탄소화합물인데요. … 그래핀은 연필심의 흑연인 ‘그래파이트(Graphite)’와 탄소 분자를 뜻하는 접미사 ‘ene’를 합친 것입니다. 이름에서 알 수 있듯 여러 겹으로 이루어진 흑연, 즉 탄소를 한 층만 따로 떼어 넓게 펼쳐 연결한 물질이죠. 그래핀의 태동은 1947년으로 거슬러 올라갑니다. 캐나다의 한 학자가 한 가설을 세웠습니다. ‘흑연을 한 겹만 분리해내면 독특한 물리적 성질이 나타날 것이다.’라고. 그로부터 57년 뒤 영국의 연구원들이 그 가설을 입증하는 실험을 하게 되는데요. 사실 첫 실험은 놀랍도록 간단한 방법으로 성공합니다. 흑연에 스카치테이프를 붙였다 떼었다 하며 층을 분리해 내 그래핀의 존재를 증명한 것이죠.
그래핀이 ‘꿈의 신소재’로 불리는 이유는 명확합니다. 형태는 2차원 평면을 유지하면서 두께가 0.2나노미터(nm)밖에 안되기 때문입니다. (1nm는 1m의 10억 분의 1) 참고로 1nm는 머리카락 두께의 5만분의 1입니다. 이렇게 얇은데도 물리, 화학적 안정성이 굉장히 높습니다. 이러한 안정성은 강도가 높다는 특징에서 나옵니다. 그래핀은 탄소 특유의 6각형 구조를 가지고 있어서 강철보다 약 100배 높은 강도를 띠고 있는데요. 20%까지 늘어나므로 다양한 모양으로 접고 휘어도 물성이 변하지 않습니다. 또한 전도성과 전자이동성이 뛰어납니다. 전기가 흐르는 속도는 구리보다 10배 빠르고, 전자이동성은 실리콘 보다 100배 빠릅니다. 게다가 빛을 대부분 통과시키기 때문에 투명합니다. 그래서 반도체, 전자회로, 유기발광다이오드(LED), 태양전지 등 응용분야가 무궁무진합니다.
