탄소섬유의 친구, 꿈의 신소재 그래핀을 소개합니다

1분 1초가 다른 세상입니다. 자고 일어나면 신기술이 개발되고 새로운 발명품이 생활을 바꿔놓고 있습니다. 그런데 이런 작은 변화들을 모두 뒤집을 만큼 거대한 변화가 곧 일어날 것 같습니다.

2010년 노벨 물리학상의 주인공이면서 세계를 발칵 뒤집어 놓은 신소재가 있습니다. 바로 ‘그래핀(Graphene)’이라는 탄소화합물인데요. 그래핀은 첫 출현부터 심상치 않은 모습을 보였습니다. 대개 노벨 물리학상은 그 성과가 확인된 이후 시상됩니다. 그런데 그래핀은 본격 상용화를 앞둔 단계에 노벨상을 받았습니다. 미래를 더욱 미래답게 만드는 기술의 중심에 이 그래핀이 서 있다고 해도 과언이 아닙니다. 

그래핀은 연필심의 흑연인 ‘그래파이트(Graphite)’와 탄소 분자를 뜻하는 접미사 ‘ene’를 합친 것입니다. 이름에서 알 수 있듯 여러 겹으로 이루어진 흑연, 즉 탄소를 한 층만 따로 떼어 넓게 펼쳐 연결한 물질이죠.

그래핀의 태동은 1947년으로 거슬러 올라갑니다. 캐나다의 한 학자가 한 가설을 세웠습니다. ‘흑연을 한 겹만 분리해내면 독특한 물리적 성질이 나타날 것이다.’라고. 그로부터 57년 뒤 영국의 연구원들이 그 가설을 입증하는 실험을 하게 되는데요. 사실 첫 실험은 놀랍도록 간단한 방법으로 성공합니다. 흑연에 스카치테이프를 붙였다 떼었다 하며 층을 분리해 내 그래핀의 존재를 증명한 것이죠.

 

그래핀의 놀라운 가능성

 

그래핀이 ‘꿈의 신소재’로 불리는 이유는 명확합니다. 형태는 2차원 평면을 유지하면서 두께가 0.2나노미터(nm)밖에 안되기 때문입니다. (1nm는 1m의 10억 분의 1) 참고로 1nm는 머리카락 두께의 5만분의 1입니다. 이렇게 얇은데도 물리, 화학적 안정성이 굉장히 높습니다.

이러한 안정성은 강도가 높다는 특징에서 나옵니다. 그래핀은 탄소 특유의 6각형 구조를 가지고 있어서 강철보다 약 100배 높은 강도를 띠고 있는데요. 20%까지 늘어나므로 다양한 모양으로 접고 휘어도 물성이 변하지 않습니다. 또한 전도성과 전자이동성이 뛰어납니다. 전기가 흐르는 속도는 구리보다 10배 빠르고, 전자이동성은 실리콘 보다 100배 빠릅니다. 게다가 빛을 대부분 통과시키기 때문에 투명합니다. 그래서 반도체, 전자회로, 유기발광다이오드(LED), 태양전지 등 응용분야가 무궁무진합니다.

현재 그래핀을 당장 활용 할 수 있는 분야는 터치스크린과 디스플레이입니다. 기존의 터치스크린보다 훨씬 더 민감하게 반응하면서 튼튼한 터치스크린을 만들 수 있겠죠. 심지어 휘거나 돌돌 말아 쓰는 스크린을 만드는데도 한 몫 할 것으로 보입니다.

이 재료는 현재보다 수십 배 성능이 좋은 반도체도 만들 수 있습니다. 전기 저항이 낮고 열 손실이 적기 때문입니다. 태양열 발전에 응용하면 입고 다니는 옷에 발전 기능을 더하거나 커튼 발전기도 만들 수 있다고 하네요.

가치의 재발견, 탄소

 

탄소는 사실 지구 상에 가장 널리 분포되어 있는 물질입니다. 석탄부터 다이아몬드까지. 흙이나 우리 몸 속 유기물에도 있습니다. 이렇게 흔한 탄소의 몸값은 점점 올라가는 추세입니다. 앞으로 대부분의 산업자재 및 제품을 만드는데 쓰일 신소재도 탄소를 이용한 탄소섬유입니다. 강철보다 강하면서 무게는 가볍고 내화학성까지 뛰어난 물질이죠. 미래형 자동차나 우주선의 외피와 뼈대를 만든 것이 대표적인 사례입니다.

그래핀과 함께 세상을 바꿔 나갈 소재 ‘탄소섬유’

 

효성의 탄소섬유 브랜드는 ‘TANSOME^®’이라고 불리는데요. 이 브랜드를 앞세워 현재 효성은 탄소섬유 사업 강화를 위해 총력을 기울이고 있습니다. 각종 전시회에 참가하여 브랜드를 알렸을 뿐만 아니라 지난 해에는 효성의 ‘TANSOME^®’이 사용된 현대자동차의 콘셉트가 ‘인트라도’가 공개되어 큰 주목을 받기도 했죠.

효성은 탄소섬유 브랜드 ‘TANSOME^®’을 고객에게 인정받는 강력한 브랜드로 육성해, 향후 세계 톱 클래스의 탄소섬유 업체로 자리잡는다는 계획 아래 다양한 연구에 매진하고 있는데요. 현재 업계에서는 ‘TANSOME^®’의 강도 및 탄성률이 이미 글로벌 No.1 수준이라고 평가 하고 있습니다.

세상에서 가장 흔한 물질 탄소. 이것을 새로운 시각으로 바라보면 무한한 가능성이 펼쳐집니다.  그래핀과 탄소섬유가 바꿀 세상, 정말 궁금하네요.

☞ 효성 ‘탠섬(TANSOME®)’ 적용된 자동차용 소재 국내 첫 선