그래핀이란 무엇일까? 초전도체 보다 더 어이 없던 물질!

그래핀이란 무엇일까요?

 

만화를 좋아하시는 분이라면 '아토믹참격'이라는 말을 들어보셨을 것입니다.

 

 

'아토믹참격'이란 원펀맨에 나오는 기술인데, 그럼 이 '아토믹참격'과 '그래핀'이 어떤 관련이 있는지 궁금하실 것입니다.

 

그래핀은 바로 '아토믹참격'처럼 한 층 한 층 구분이 있는 것이 아니라, 아주 얇은 한 층으로 이루어진 탄소 원자들의 '빈틈없는 2차원 네트워크'입니다. 그것도 얼마나 얇냐 하면, 사람의 머리카락 두께의 100만분의 1 정도밖에 안 됩니다. 워낙 얇아서 '세계에서 가장 얇은 물질'이라고도 불립니다.

 

이건 마치 '세계에서 가장 얇게 사과를 벨수 있다는 검객이 사과를 베었다면, 그 사과는 얼마나 얇을까요 같은 질문 같은 겁니다. 사과를 한 조각 물어뜯을 때마다 '썰린 건지 썰린 걸 모를 정도'라고 할 정도일까요? 아니면 '이게 사과인지 종이인지 헷갈리네'라고 할 정도일까요? 그래핀이 바로 그런 '세상에서 가장 얇은 사과' 같은 존재입니다.

 

그래핀이 얼마나 특별한지 더 알아보기 위해, 그래핀의 세 가지 주요 특성에 대해 살펴보겠습니다.

 

첫 번째, 그래핀은 '전도성'이 뛰어나다는 점입니다. 전기가 아주 잘 통한다는 것이지요.

 

 

그래서 다양한 전자기기에서 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 컴퓨터나 스마트폰에 사용될 수도 있습니다. 즉, 그래핀은 마치 '슈퍼맨 버전의 전선' 같은 거죠. 슈퍼맨이 '나는 슈퍼파워가 있어서 너희보다 훨씬 빠르게 달릴 수 있어!'라고 말한다면, 그래핀도 '나는 전기를 너희보다 훨씬 빠르게 전달할 수 있어!'라고 말할 수 있습니다.

 

두 번째, 그래핀은 '강도'가 높다는 점입니다. 이 말은 그래핀이 아주 단단하다는 뜻입니다. 실제로 그래핀은 강철보다 100배 이상 강하다고 알려져 있습니다. 이건 마치 '스피드만큼이나 강한 슈퍼맨' 같은 거죠. 슈퍼맨이 '나는 무엇이든 다 뚫을 수 있어!'라고 말한다면, 그래핀도 '나는 무엇이든 다 견딜 수 있어!'라고 말할 수 있습니다.

 

세 번째, 그래핀은 '투명성'이 뛰어나다는 점입니다. 그래핀은 빛을 거의 98% 가량 통과시킵니다. 이는 마치 '투명인간'과 같다고 볼 수 있습니다. 투명인간이 '나는 보이지 않아서 너희가 날 볼 수 없어!'라고 말한다면, 그래핀도 '나는 투명해서 너희가 날 볼 수 없어!'라고 말할 수 있습니다.

 

 

그래서 그래핀으로 배터리를 만들면 충격에도 강하고 용량도 크고 오래가는 배터리를 생성할 수 있습니다.

 

그런데, 이렇게 뛰어난 성질을 가진 그래핀이 왜 아직까지 널리 사용되지 않을까요?

 

그 이유는 바로 그래핀을 대량으로 생산하기가 아직은 어렵기 때문입니다. 그래핀을 만드는 과정이 상당히 복잡하고, 제조 비용도 높기 때문이죠. 그런데 그래핀을 발견한 방법은 상당히 저렴했습니다. 커뮤니티에 돌아다니는 짤을 보면 상당히 웃깁니다.

그게 되네?

 

왜냐하면, 그래핀은 과학자들이 고가의 장비나 복잡한 과정 없이, 그저 평범한 스카치 테이프를 사용하여 발견했기 때문이죠. 이는 마치 '보물 찾기를 위해 고가의 장비를 준비하던 와중에, 그냥 돌멩이를 밟고 넘어져서 보물을 발견한 것'과 같습니다.

 

그래핀을 처음 발견한 과학자들인 앤드레이 게임과 코스탄틴 노보셀로프는 맨체스터 대학에서 일하던 중, 그래핀을 발견했습니다. 그들은 그냥 그래핀을 깨끗하게 분리하는 방법을 찾고 있었을 뿐인데, 그 과정에서 우연히 그래핀을 발견하게 된 것이죠.

 

그들이 어떻게 그래핀을 발견했는지 자세히 설명드리겠습니다. 먼저, 그들은 흔한 연필심을 사용해 종이에 그림을 그렸습니다. 연필심은 사실 흑연으로 만들어져 있는데, 흑연은 많은 수의 탄소 원자들이 3차원으로 층층이 쌓여있는 구조입니다. 그래서 연필심으로 그림을 그리면, 그 흑연의 층층이 쌓인 구조가 종이 위에 남게 됩니다.

 

그다음에 그들은 평범한 스카치테이프를 가져와서 종이 위에 붙였다가 떼어냈습니다. 이렇게 하면 테이프에는 흑연의 일부가 붙어있게 됩니다. 그리고 이 과정을 반복하면서 흑연의 층을 점점 더 얇게 만들어 나갔습니다.

마침내, 그들이 테이프를 한 번 더 붙였다 떼어냈을 때, 그 테이프 위에 남아있는 것은 바로 한 층의 탄소 원자들, 즉 그래핀이었습니다. 그래서 그들은 말 그대로 스카치테이프를 사용하여 그래핀을 '발견'한 것이죠.

 

이렇게 단순한 방법으로 그래핀을 발견한 그들은 이 과정을 '스카치 테이프 방법'이라고 부르기도 합니다.

 

 

이런 초과학 물질과는 인연이 없을 것 같은 재밌는 방법을 생각해낼 수 있는 사람이라면 당연하게도 괴짜 과학자에게 주어진다는 에그노벨상을 수상 했겠죠? 네 물론 수상했습니다. 그리고 10년 후 그래프와 코스탄틴은 당당하게 2010년 노벨 물리학상을 받게 되어 두 가지 상을 모두 수상했다는 흥미로운 기록을 갖게 됩니다. 

 

 

하지만 스카치 테이프 방법으로 그래핀을 만드는 것이 쉬운 일은 아닙니다. 왜냐하면, 이 방법으로 만들어진 그래핀은 양이 많지 않고, 품질도 일정하지 않기 때문입니다. 그래서 지금은 이 방법이 아니라 다른 방법들을 통해 그래핀을 제조하려고 노력하고 있습니다.

 

그래핀을 발견한 이 과학자들은 정말로 '행운의 신'의 가호를 받은 것 같습니다. 우리 모두도 그런 '행운의 신'의 가호를 받을 수 있기를 바라겠습니다.