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Dec 05, 2023

'우리는 쓰레기를 그래핀으로 바꾸고 있습니다'; 강철보다 200배 강하고, 종이보다 얇고, 오래된 타이어와 커피 찌꺼기에서 생산됩니다.

과학계에서 그래핀은 모든 사람의 관심을 끄는 주제입니다. 벌집 구조로 배열된 단일 탄소 원자 층으로 구성된 이 놀라운 물질은 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다.

과학계에서 그래핀은 모든 사람의 관심을 끄는 주제입니다.

벌집 구조로 배열된 단일 탄소 원자 층으로 구성된 이 놀라운 물질은 특별한 특성을 가지고 있습니다. 강철보다 200배 더 강하고, 구리보다 전도성이 뛰어나며, 종이보다 얇고 유연성이 뛰어나 원래 길이의 125%까지 늘어날 수 있습니다.

이러한 뛰어난 특성을 지닌 그래핀이 가까운 미래에 다양한 산업에 혁명을 일으킬 것으로 예상되는 것은 당연합니다. 그래핀이 많은 기대를 모으고 있는 우주 엘리베이터 건설에 중요한 역할을 할 것이라는 추측도 있습니다.

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활주로 잔해로 인해 항공 산업에 매년 40억 달러의 피해가 발생하고 있습니다. 미국 국방부와 국토안보부가 자금을 지원하는 한 스타트업은 이러한 문제를 놀라운 방식으로 해결하는 것을 목표로 하고 있으며 오늘 투자할 수 있습니다.

예약이 꽉 찬 호텔을 운영하는 것은 스트레스를 넘어서는 일이지만, 스타트업 하나 덕분에 훨씬 더 효율적이 될 것입니다. 시드 라운드에서 550만 달러를 모았고 9개월 만에 고객 기반을 5배로 늘렸으며 투자자를 찾고 있습니다.

Avadain Inc.는 특허 받은 친환경 공정을 사용하여 고품질 그래핀 플레이크를 저렴한 비용으로 생산하는 미국 기반 회사입니다. 고품질 그래핀 플레이크는 업계 선호도에 맞춰 제작되었습니다. 이 회사는 하이테크 제품에서 크고 얇고 거의 결함이 없는 그래핀 플레이크에 대한 약 1,000억 달러 규모의 세계 시장 중 80% 이상을 목표로 삼고 있습니다.

그래핀은 다양한 형태로 존재하며, 아바다인의 방식 외에도 이를 생산하는 방식도 다양하다. 단일 시트의 그래핀은 전자 및 광학에 이상적이며 화학 기상 증착을 통해 생산할 수 있지만 소량으로만 생산할 수 있습니다. 대량을 얻기 위해 기업에서는 일반적으로 산, 용제 및 기계적 분쇄를 사용하여 흑연 덩어리에서 그래핀 조각을 떼어내는 기술인 액체 박리를 사용합니다. 이 방법을 사용하면 일반적으로 20~50층의 그래핀으로 구성된 작은 소판이 생성됩니다.

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2014년 라이스 대학의 화학자 제임스 투어(James Tour)와 그의 팀은 레이저를 사용하여 무정형 탄소인 카본 블랙을 제거하여 몇 개의 층으로만 구성된 순수한 형태의 그래핀을 만드는 방법을 발견했습니다. 짧은 레이저 펄스에서 발생하는 강렬한 열은 탄소 원자 사이의 결합을 깨뜨렸고, 탄소가 냉각되면서 가장 안정적인 구조인 그래핀으로 뭉쳐졌습니다. 이 접근법은 여전히 ​​소량의 그래핀만을 생산하고 상당한 에너지를 필요로 했습니다.

Tour와 함께 연구하는 대학원생 Luong Xuan Duy는 레이저 그래핀 생산에 사용되는 접근 방식과 유사한 전기 재핑을 통해 금속 나노입자 생성을 입증하는 연구를 접했습니다. Duy는 이 방법이 탄소원을 가열하고 그래핀을 생성하는 데 적용될 수 있는지 궁금해했습니다.

그는 카본블랙이 담긴 유리병에 400볼트의 전기를 약 200밀리초 동안 가한 뒤 그래핀을 만드는 데 성공했다. 처음에는 결과가 수준 이하였지만 조정 후 밝은 황백색 섬광이 나타나 유리병 내부 온도가 약 3000켈빈에 도달했음을 나타냅니다. 화학적 테스트를 통해 그래핀 생산이 확인되었습니다.

이 방법을 사용하여 생산된 그래핀은 대량 응용에 이상적인 것으로 나타났습니다. 탄소 원자가 규칙적인 패턴으로 쌓이는 흑연과 달리 이 그래핀에 응축된 탄소 원자는 정렬할 시간이 충분하지 않아 터보스태틱 그래핀이라는 구조가 됩니다. 이 소재에서는 그래핀 층이 다양한 각도로 뒤섞여 있습니다.

Duy에 따르면, 이는 터보스태틱 그래핀이 물과 같은 용매에 첨가될 때 뭉치지 않고 부유 상태를 유지하기 때문에 유리하다고 합니다. 이를 통해 재료의 각 입자가 복합재와 효과적으로 상호 작용할 수 있습니다.