Graphene (콜로키움 보고서)-이은지

1) Graphene이란? 흑연의 한 층이다!
종류로는 탄소 nano tube, 3차원은 Graphite라고 한다.

2) Graphene을 아직 사전에서 찾기는 쉽지 않으나, 그 어원을 분석해보면 다음과 같다.
-Graphite + ene
여기서 ene는 double bond(2중결합)을 뜻한다.

3) Graphene의 발견
- Nano Pencil Method : Mechanical Exfollation of Graphite crystals
(K. Novoselov.Science(2004))

4) Graphene : 사회 과학계의 핫이슈로 지난 5년간 2000회정도 논문 등에서 인용되었다.
그렇다면, 왜 Graphene이 이렇게 집중되는가? 그 이유는 다음과 같다.

a. Graphene은 높은 전하이동도를 가진다. ( 실리콘의 100배 정도)
b. Graphene은 높은 전류밀도를 가진다. (구리의 100배정도)
c. 뛰어난 열 전도도와, 낮은 발열량
d. 신축성, 유연성

5) Graphene의 합성
- AFM Images of Exfollated GO.
: 중간에 산화 → 기계적인 강도가 약하고 전기적인 특성이 좋지 않음
이 때문에 박리에 의한 Graphene은 필름을 만들어도 어려움이 많음
- 화학증기 증착법
: 니클이란 이차원 촉매에 가열하고 탄소를 증착하여 냉각시킨 다음에 그래핀을 형성하고,
그 다음 니클을 제거하고 애칭을 하여 그래핀을 분리한다.
다음단계로 전사를 하면 샘플을 완성할 수 있다.

*니클 대신 구리를 사용하면 더 효율적임.
구리로 graphene을 만들 수 있음.
** Charge carrier density가 중요함
Doping(전자 빼줄수록) 전도도가 좋아져 터치스크린으로 쓰기 충분한 정도로 됨
***Graphene을 표면에 옮겼을 때, 표면이 울퉁불퉁하면 Graphene은 찢어지므로
기판의 평탄도가 높아야 한다.
- 보론나이트로젠 필름에서는 전자의 유동성(mobility)이 수십배가 올라감
저항은 doping과 mobility가 많을 수록 낮아서 quality가 높아진다.
****LOW-T Synthesis by ICP CVD
: 금속 증착 시 plasma를 쓰면 300도 이상 까지 낮출 수 있어서 향후 대량 생산을
위해서는 저온합성 방법이 중요하게 되 것이다.
낮은 온도(LOW-T)에서 신문을 찍어내듯 생산하는 것이다.

6) 터치스크린을 이용한 핸드폰의 종류
a. 옴니아 폰 : 저항막 방식
손뿐만 아니라 펜으로도 터치가 가능함
b. 아이폰, 갤럭시 폰 : 정전용량을 이용한 것으로 손으로만 가능하다.
손의 약간의 charge를 이용하는 것이다.

**터치스크린에 graphene의 사용
: 말거나 접는 전자 기기, 휘는 터치스크린을 graphene을 이용하면 graphene의 신축성과
유연성의 장점을 살려서 기존에 2~3%만 굽혀도 저항이 급하게 증가하는 단점을 보완
할 수 있다.

7) Graphene-based Flexible Strain Gauge
: 그래핀 트렌지스터, 휘어지는 메모리로 응용시 발광 system과 트렌지스터도 같이 휘어야
할 때, on과 off를 확실하게 하려 중간에 탄소 nano tube를 삽입하면 graphene과 거의
접촉 저항이 없다는 장점이 있다.

8) Graphene은 Gap이 없다
: 모든 파장의 전자기파를 흡수 가능하다. 아이폰 유저 가이드에 보면, 몸에서 1.5cm 이상
아이폰을 떨어뜨려 놓으라고 경고한다. 이는 암발생이나 뇌세포 파괴를 일으킨다는 보고도
있을 만큼 건강에 전자파가 위협을 준다는 연구결과가 많다.
그러나 이러한 걱정들이 graphene으로 해결할 수 있다. graphene은 전자파 차폐율이 높기
때문이다.

9) Graphene의 응용분야
a. Graphene의 투명전극(ITO 대체)
- 면저항에 따른 투명전극의 응용
- ITO응용분야 : LCD, PDP, LOED...
- 투명전극 시장이 아주 큼
- Indium(주원료)의 가격이 엄청 증가중이란 문제와
기존 전극인 반도체 소자는 쉽게 깨진다는 문제가 있음
- 그러나 Graphene은 당기거나 접기가 가능하기 때문에 이 분야에서의 응용이 기대됨
- OLED : organic 물질에는 graphene이 더 효과적임. 접촉저항이 100배 차이남.
같은 전극에 비해 수십배 이상이 좋음.

b. 실리콘 기반 반도체 기술(집적도/속도)의 한계 극복
- 현대 기술은 초고속 메모리를 필요로 하고 있다.
- 현재 컴퓨터를 보면 CPU보다 cooler(열을 식히는 것)가 더 클 정도로 발열상의 문제가
있는데 이것을 Graphene이 해결할 수 있다.

c. 휴대폰을 손난로로도 쓸수 있다?
- 그 이유는 grapnene이 짧은 시간 동안 열발생이 쉽기 때문이다.
- TV의 열발생도 가장자리의 LED 램프 때문인데, 이때 graphene이 열을 굉장히 잘
전달함을 으용하여 열방출물질로 활용이 가능하다. 최고온도가 10도 이상 차이난다고
한다.

d. 구리의 대체물로 활용 가능
- 구리는 20~50년 사이 매장량이 소멸할 것으로 예상된다.
- Graphene의 경우 산화가 더 적어서 구리를 대체할 것으로 기대되고 있다.