과학기술

꿈의 신소재 그래핀의 응용과 한계

과몰입충2018-08-13목록으로 건너뛰기

<h2 class="wiki-heading wiki-heading-content-folded" style="box-sizing: inherit; margin: 1.2em 0px 0.8em; font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; line-height: 1.1; color: rgb(55, 58, 60); font-size: 1.8em; border-bottom: 1px solid rgb(204, 204, 204); padding-bottom: 5px; background-color: rgb(255, 255, 255); cursor: pointer;">응용</h2><p><span style="color: rgb(55, 58, 60); font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; font-size: 14.4px; background-color: rgb(255, 255, 255);">그래핀의 발견이 뭐가 대단하냐는 의견도 있는데 그래핀 자체의 가능성은 매우 </span><span style="box-sizing: inherit; font-weight: 700; color: rgb(55, 58, 60); font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; font-size: 14.4px; background-color: rgb(255, 255, 255);">무한하다.</span><span style="color: rgb(55, 58, 60); font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; font-size: 14.4px; background-color: rgb(255, 255, 255);"> 일단 간단하게 기계적 성질을 보면 그물 구조 덕분에 강도는 </span><span style="box-sizing: inherit; font-weight: 700; color: rgb(55, 58, 60); font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; font-size: 14.4px; background-color: rgb(255, 255, 255);"><a class="wiki-link-internal" href="https://namu.wiki/w/%EA%B0%95%EC%B2%A0" title="강철" style="box-sizing: inherit; background-color: transparent; color: rgb(2, 117, 216); text-decoration-line: none;">강철</a>보다 200배</span><span style="color: rgb(55, 58, 60); font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; font-size: 14.4px; background-color: rgb(255, 255, 255);"> 강하고, 면적의 20%를 늘려도 끄떡이 없다.</span><a class="wiki-fn-content" title="다만 이건 순수한 단결정 그래핀일 때 이야기이다. 실험적으로는 결함이 많이 있기 때문에 면적이 클 경우 약해지므로, 쫙쫙 잘 찢어진다." href="https://namu.wiki/w/%EA%B7%B8%EB%9E%98%ED%95%80#fn-14" style="box-sizing: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(2, 117, 216); text-decoration-line: none; font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; font-size: 0.8em; vertical-align: super;"><span class="target" dis-id="rfn-14" style="box-sizing: inherit;"></span>[14]</a><span style="color: rgb(55, 58, 60); font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; font-size: 14.4px; background-color: rgb(255, 255, 255);"> 예를 들어 주름이 없이 판판한 종이의 끄트머리를 잡고 있으면 종이가 축 늘어지지만 한번 구겨서 주름이 많이 생긴 종이를 다시펴서 잡으면 늘어지는 대신 빳빳해지는 원리다.</span></p><p><span style="color: rgb(55, 58, 60); font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; font-size: 14.4px; background-color: rgb(255, 255, 255);"><br></span></p><p><span style="color: rgb(55, 58, 60); font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; font-size: 14.4px; background-color: rgb(255, 255, 255);">비단 디스플레이뿐 아니라 전자 소자로서의 가능성도 열려 있다. 이미 그래핀 위에서 트랜지스터 등을 만드는 연구는 많고, 저항이 낮기 때문에 전자 소자로 만들면 열손실이 적어 많은 성능향상을 꾀할 수 있을 것이라 기대된다. 쉽게 말해 20GHz CPU 따위를 만드는 것도 가능하다는 말.</span></p><p><span style="color: rgb(55, 58, 60); font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; font-size: 14.4px; background-color: rgb(255, 255, 255);"><br></span></p><h2 class="wiki-heading wiki-heading-content-folded" style="box-sizing: inherit; margin: 1.2em 0px 0.8em; font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; line-height: 1.1; color: rgb(55, 58, 60); font-size: 1.8em; border-bottom: 1px solid rgb(204, 204, 204); padding-bottom: 5px; background-color: rgb(255, 255, 255); cursor: pointer;">한계/문제점</h2><p><span style="color: rgb(55, 58, 60); font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; font-size: 14.4px; background-color: rgb(255, 255, 255);">위의 수많은 찬사를 뒤로하고 무한한 가능성을 막는 치명적인 문제가 있는데, 바로 </span><span style="box-sizing: inherit; font-weight: 700; color: rgb(55, 58, 60); font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; font-size: 14.4px; background-color: rgb(255, 255, 255);"><a class="wiki-link-internal" href="https://namu.wiki/w/%EB%9D%A0%ED%8B%88" title="띠틈" style="box-sizing: inherit; background-color: transparent; color: rgb(2, 117, 216); text-decoration-line: none;">띠틈</a>(band gap)을 열기가 미친 듯이 어렵다</span><span style="color: rgb(55, 58, 60); font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; font-size: 14.4px; background-color: rgb(255, 255, 255);">는 점이다.</span><a class="wiki-fn-content" title="예전에 성장 기판에 따라 띠틈이 열린다고 보고된 적이 있으나, 이후 간단하게 논박되었다." href="https://namu.wiki/w/%EA%B7%B8%EB%9E%98%ED%95%80#fn-21" style="box-sizing: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(2, 117, 216); text-decoration-line: none; font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; font-size: 0.8em; vertical-align: super;"><span class="target" dis-id="rfn-21" style="box-sizing: inherit;"></span>[21]</a><span style="color: rgb(55, 58, 60); font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; font-size: 14.4px; background-color: rgb(255, 255, 255);"> 너무 깔끔한 디랙밴드라는 게 오히려 독이 될 수도 있다는 뜻.</span><a class="wiki-fn-content" title="AB Sublattice Symmetry 때문에 띠틈이 없다. 구조적 대칭성을 깨지 않는 한 열기 힘들다는 이야기." href="https://namu.wiki/w/%EA%B7%B8%EB%9E%98%ED%95%80#fn-22" style="box-sizing: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(2, 117, 216); text-decoration-line: none; font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; font-size: 0.8em; vertical-align: super;"><span class="target" dis-id="rfn-22" style="box-sizing: inherit;"></span>[22]</a><br><br><span style="color: rgb(55, 58, 60); font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; font-size: 14.4px; background-color: rgb(255, 255, 255);">그래핀/그라파이트를 구성하는 탄소의 최외각 전자의 오비탈은 sp2 Hybridization이 된 상태인데, 앞에서 언급한 다른 물질과의 의도적 결합을 일으키려면 sp3 Hybridization 상태로 바꿀 수 있어야 한다. 문제는 탄소의 오비탈이 sp3 Hybridizaion 상태인 대표적인 물질이 </span><a class="wiki-link-internal" href="https://namu.wiki/w/%EB%8B%A4%EC%9D%B4%EC%95%84%EB%AA%AC%EB%93%9C" title="다이아몬드" style="box-sizing: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(2, 117, 216); text-decoration-line: none; font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; font-size: 14.4px;">다이아몬드</a><span style="color: rgb(55, 58, 60); font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; font-size: 14.4px; background-color: rgb(255, 255, 255);">인 걸 생각해 보면 이게 얼마나 어려운 일인지 짐작이 될 것이다. 물론 지금껏 띠틈을 아예 못 열어본 건 아니다. 수소를 흡착시켜 Graph</span><span style="box-sizing: inherit; font-weight: 700; color: rgb(55, 58, 60); font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; font-size: 14.4px; background-color: rgb(255, 255, 255);">a</span><span style="color: rgb(55, 58, 60); font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; font-size: 14.4px; background-color: rgb(255, 255, 255);">ne을 만들어 띠틈을 열어낸 적은 있지만</span><a class="wiki-fn-content" title="앞의 응용항목에서 전자/홀을 언급하며 수소 같은 걸 의도적으로 결합시킨다고 한 부분이 있는데, 그 방법들 중 하나다. 그리고 응용에서의 설명은 공학도로서 Anderson Insulator 적인 개념으로 설명한 가장 초보적인 이해이며 그보다 근본적인 원인은 Graphene의 AB sublattice symmetry가 C-H 결합 때문에 깨지면서 발생한다고 보는게 더 적절한 물리적 설명이다. Symmetry breaking으로 인해 Degeneracy가 깨짐 왜냐하면 순수 그래핀은 Psuedo-spin에 의해 Backscattering이 허용되지 않아 Anderson Localization이 굉장히 약하기 때문이다. 대칭성이 깨지면서 가능해진 것." href="https://namu.wiki/w/%EA%B7%B8%EB%9E%98%ED%95%80#fn-23" style="box-sizing: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(2, 117, 216); text-decoration-line: none; font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; font-size: 0.8em; vertical-align: super;"><span class="target" dis-id="rfn-23" style="box-sizing: inherit;"></span>[23]</a><span style="color: rgb(55, 58, 60); font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; font-size: 14.4px; background-color: rgb(255, 255, 255);"> 실은 </span><span style="box-sizing: inherit; font-weight: 700; color: rgb(55, 58, 60); font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; font-size: 14.4px; background-color: rgb(255, 255, 255);">수소를 섭씨 1700도로 가열시켜 그래핀에 때려박은 거다!</span><a class="wiki-fn-content" title="보충 자료를 보면 나온다." href="https://namu.wiki/w/%EA%B7%B8%EB%9E%98%ED%95%80#fn-24" style="box-sizing: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(2, 117, 216); text-decoration-line: none; font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; font-size: 0.8em; vertical-align: super;"><span class="target" dis-id="rfn-24" style="box-sizing: inherit;"></span>[24]</a><a class="wiki-fn-content" title="이렇게 안 때려박으면 Epitaxial graphene 항목의 주석에서 언급했듯 수소가 하라는 C-H결합은 안하고 intercalation돼버리는 수가 있다." href="https://namu.wiki/w/%EA%B7%B8%EB%9E%98%ED%95%80#fn-25" style="box-sizing: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(2, 117, 216); text-decoration-line: none; font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; font-size: 0.8em; vertical-align: super;"><span class="target" dis-id="rfn-25" style="box-sizing: inherit;"></span>[25]</a><span style="color: rgb(55, 58, 60); font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; font-size: 14.4px; background-color: rgb(255, 255, 255);"> </span><br><br><span style="color: rgb(55, 58, 60); font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; font-size: 14.4px; background-color: rgb(255, 255, 255);">띠틈을 못 연다는 게 얼마나 치명적이냐면 </span><span style="box-sizing: inherit; font-weight: 700; color: rgb(55, 58, 60); font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; font-size: 14.4px; background-color: rgb(255, 255, 255);">띠틈이 있어야 스위치를 켜고 끌 수 있고, 그래야 소자로 만들 수 있다.</span><span style="color: rgb(55, 58, 60); font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; font-size: 14.4px; background-color: rgb(255, 255, 255);"> 즉, On/Off 처리를 하기 굉장히 까다로운 소자가 된다는 말씀.</span><a class="wiki-fn-content" title="이 문제 때문에 최대 규모 학회 중 하나인 APS(미국물리학회) March Meeting에서 Beyond Graphene이라는 세션의 규모가 어마어마하다. 예를 들어 2H-MoS2의 경우 띠틈이 적당히 큰데 그래핀에서 기대했던 Valleytronics 구현이 가능할 것이란 실험적 증거들이 나오고 있다. 그래핀 띠틈 때문에 못 하던 거 다른 곳에서 대리만족 중" href="https://namu.wiki/w/%EA%B7%B8%EB%9E%98%ED%95%80#fn-26" style="box-sizing: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(2, 117, 216); text-decoration-line: none; font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; font-size: 0.8em; vertical-align: super;"><span class="target" dis-id="rfn-26" style="box-sizing: inherit;"></span>[26]</a><span style="color: rgb(55, 58, 60); font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; font-size: 14.4px; background-color: rgb(255, 255, 255);"> 그래서 바로 반도체 소자로의 응용성보다는 전극 같은 곳에 쓰겠다고 하는 거다.</span><a class="wiki-fn-content" title="참고로 스위치의 역할을 하려면 On/Off 상태의 전류량 차이가 최소 10만 배는 나야 한다. 그래핀의 경우에는 약 2~30정도(...)" href="https://namu.wiki/w/%EA%B7%B8%EB%9E%98%ED%95%80#fn-27" style="box-sizing: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(2, 117, 216); text-decoration-line: none; font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; font-size: 0.8em; vertical-align: super;"><span class="target" dis-id="rfn-27" style="box-sizing: inherit;"></span>[27]</a></p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><p>- 띠틈이 양자적 문제인데 나노기술 발전하면 해결되지 않으까 싶긴하지만 나노기술도 양자문제있음 앙 띠틈띠</p><p><span style="color: rgb(55, 58, 60); font-family: "Open Sans", arial, "Apple SD Gothic Neo", "Noto Sans CJK KR", 본고딕, "KoPubDotum Medium", 나눔바른고딕, 나눔고딕, NanumGothic, 맑은고딕, "Malgun Gothic", sans-serif; font-size: 14.4px; background-color: rgb(255, 255, 255);"></span> </p>

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