C-산업(Industry)의 핵심 탄소 소재 - 그래핀과 탄소나노튜브(CNT)

 

 

21세기를 탄소의 시대라고 부른다. 그리고 그 중심에는 C-산업이 있다.

 

C-산업이란 탄소 원료(원유, 가스, 석탄)에서 인조흑연, 탄소섬유, 탄소나노튜브(CNT), 그래핀 등 탄소계 소재(C-소재)를 생산하여 이를 항공기, 자동차, 디스플레이, 전기로 및 태양전지 등 고부가가치 제품 생산에 활용하는 산업을 말한다.

 

 

<사진 출처 : 지식경제부> 

 

 

 

그리고 C-소재는 스스로 갖고 있는 재료의 우수성 이외에도 타 소재와 융합하는 응용 가능성이 다양하다.

이러한 장점은 산업현장에서 고부가치의 융합 제품의 개발과 기술 혁신을 이룰 수 있기 때문에 21세기를 탄소시대라고 말하는 것이다.

 

C-산업(Industry)의 핵심 탄소 소재 : 그래핀과 탄소나노튜브

우리 주위에는 탄소로 이루어진 소재가 많다. 다이아몬드, 숯, 연필 심 등은 모두 탄소라는 원소로 이루어진 물체들이다.  

같은 탄소 성분임에도 다양한 형태를 가지는 것을 동소체라고 하는데, 화학적으로 동일한 원소이면서도 원자의 배열에 따라 물성이 달라지는 것을 말한다. 이 때문에 탄소는 이 동소체를 어떻게 개발하느냐에 따라 기존의 모습과 완전히 다른 새로운 첨단 소재로 변신할 수 있는 것이다.

최근 들어 각광받는 탄소 소재가 있는 데, 바로 그래핀과 탄소나노튜브(CNT)이다.

 

 

먼저 그래핀은 탄소를 얇게 펼친 소재를 말한다.

 

두께가 0.2나노미터(nm) 정도인데 이는 머리카락을 1000만 번 정도 쪼개야 하는 수준이다. 상상을 초월할 정도로 얇지만 강철보다 200배 이상 단단하며. 특히 구리보다 100배나 빨리 전기가 통하고, 실리콘보다 100배 이상 빠르게 전자를 옮긴다.(*나노미터 : 10억 분의 1m)

 

 

 

 

 

또한 빛이 98% 이상 투과하기 때문에 투명한 컴퓨팅 화면(디스플레이)을 구현할 수 있다. 그리고 그래핀을 필름으로 가공하면 둘둘 감거나 접을 수 있고, 잡아당겨 늘일 수도 있어 다양한 장치에 활용할 수 있을 것이다.

 

그래핀의 기술이 상용화된다면 얇은 투명 막 한 장만으로 고성능 컴퓨터 기능을 구현할 수 있으며 앞으로 수년 내 입는(웨어러블) 컴퓨터가 대중화될 수 있겠다.

 

 

다음으로 탄소나노튜브(CNT, 또는 Buckytube)는 탄소 한 겹이 말려 튜브로 만들어진 물질로 탄소 6개로 이루어진 육각형들이 서로 연결되어 관 모양을 이루고 있는 신소재로 관의 지름이 수∼수십 나노미터에 불과해서 탄소나노튜브라 부른다.

 

이러한 탄소나노튜브의 특성은 전기 전도도가 구리와 비슷하며 열전도율은 자연계에서 가장 뛰어난 다이아몬드와 같다. 그리고 물질의 강도는 철강보다 100배나 뛰어나 산업 현장에서 응용될 수 있는 분야가 무궁무진하다.

 

 

 

 

ü  전지/콘덴서 : 연료전지용 수소저장소재, 리튬이온전지의 전국소재, 전기이중층 콘덴서 재료, 고성능 축전지 

ü  측정기 : 나노 온도계 

ü  표시소자 : FED(Field Emission Display), 형과표시관의 전자총, 전계방출형 전자총

ü  탐침/나노테크부재 : AFM,ATM 현미경 탐침, 나노 휘스커, 나노로드 

ü  회로소재 : 반도체회로등의 초미세가공소재

ü  바이오/의약 : 바이오센서, 주사침, 캡슐 

ü  복합소재 : 수지, 세라믹등의 강화, 전기전도성 및 열전도성 소재, 전자파 차폐소재