그래핀의 20년

 2024년은 게임과 노보슬로프가 흑연에서 그래핀을 분리하는 방법을 개발한 지 20년이 되는 해입니다. 그래핀은 발견 이후 비교적 짧은 시간 동안 여러 산업 분야에 혁명을 일으킨 놀라운 소재입니다.

Figure 1: Graphene is a single layer of carbon atoms arranged in a hexagonal network

2024년에는 그래핀을 기념하고 배터리, 전자제품 등을 개선하기 위해 지금까지 그래핀이 어떻게 사용되어 왔는지에 대해 자세히 살펴볼 예정입니다. 또한 다양한 분광 장비를 사용하여 그래핀을 분석하고 특성화하는 작업도 집중 조명할 예정입니다.

Discovery of Graphene

단일 층의 그래핀에 대한 이론적 존재는 1940년대부터 논의되어 왔지만, 2000년대 초반 맨체스터 대학교에서 Geim과 Novosleov가 실제로 그래핀을 분리하는 데 성공한 것은 2000년대 초반이었습니다. 그들은 금요일 저녁마다 연구와 관련이 없지만 흥미를 느끼고 창의력을 발휘할 수 있는 실험을 하는 등 일상적인 활동을 하고 있었습니다.

그들은 끈적끈적한 테이프를 사용하여 더 큰 조각에서 흑연을 제거했고, 테이프의 일부 조각이 다른 조각보다 얇다는 것을 깨달았습니다. 반복적으로 조각을 분리한 끝에 그들은 원자 한 개 두께의 흑연 층을 얻을 수 있었습니다. 그들은 분리된 그래핀을 얻었습니다.

Figure 2. Using a simple sticky tape, Geim and Novosleov were able to isolate graphene.

6년 후, 게임과 노보슬로프는 이 발견으로 노벨 물리학상을 수상했습니다. 이들의 발견은 광범위한 분야에 걸쳐 완전히 새로운 연구 세계를 열었습니다. 과학적 독창성과 단순해 보이는 방법에서 획기적인 발견의 가능성을 보여주는 놀라운 예입니다.

학계와 산업계에서 그래핀의 특성과 응용에 대한 연구가 계속되면서 새롭고 흥미로운 용도가 아직 발견되지 않고 있습니다. 그래핀은 이미 전이 금속 디칼코게나이드 및 MX엔과 같은 다른 흥미로운 2D 물질로 나아가는 길을 열어가고 있지만, 이에 대한 자세한 내용은 올해 후반에 소개할 예정입니다.

Figure 3. 2D Transition metal dichalcogenides (above) and MXenes have the same hexagonal structure as graphene but are made up of a transition metals carbides, nitrides or carbonitrides.