그래핀 층이 서로 쌓이면 흑연이 형성됩니다. 1mm의 흑연에는 약 300만 개의 그래핀 층이 포함되어 있습니다. 종이 위에 연필을 가볍게 긋는 것은 단지 몇 겹의 흔적일 수도 있고 심지어 한 겹의 그래핀일 수도 있는 흔적을 남깁니다. 완벽한 2차원 구조 덕분에-많은 혁신적인 제품에서 기능성 첨가제로 사용됩니다.
그래핀에 대해 이야기할 때 가장 유명한 언급은 의심할 여지 없이 그래핀에 대한 획기적인 연구로 두 명의 과학자가 공유한 2010년 노벨 물리학상입니다. 최근 푸단대학교(Fudan University)는 싱가포르 국립대학교(National University of Singapore) 연구진과 협력하여 산업 생산을 위해 핵심 기술을 쉽게 확장할 수 있는 새로운 -효율성 그래핀 제조 방법을 개발했다고 발표했습니다.
특히 연구팀은 먼저 논문을 발표한 뒤 기업과 협력하는 전통적인 방식과는 정반대의 접근 방식을 취했다. 그들은 2013년에 혁신적인 결과를 얻었고, 2014년에 특허를 출원했으며, 2015년에 국내 기업에 특허를 양도했으며 그 결과를 온라인으로만 발표했습니다.네이처커뮤니케이션즈1월 8일. 푸단대학교 고분자과학과 및 고분자공학 국가중점연구소 팀장 중 한 명인 루홍빈(Lu Hongbin)은 미소를 지으며 이렇게 말했습니다. "좋은 일은 기다릴 가치가 있으며, 시간이 지나면서 성숙해지면 더 좋아지는 경우가 많습니다."
준비된 그래핀의 원자 분해능 투과 전자 현미경 이미지(a), 라만 스펙트럼(b), X선 광전자 분광 스펙트럼(c) 및 대규모 원자력 현미경 이미지(d) 그래핀 두께 분포(e) 및 측면 크기 통계(f)의 플롯.
사진 제공: Dong Lei
그래핀이 단순히 노벨상 목록에 올라 있는 이름이 아니라 - 이미 일상 생활에 밀접하게 통합되어 있다는 사실을 아는 사람은 거의 없습니다. 단일-층 그래핀을 분리하는 것은 쉬운 일이 아니지만 세상에 자연적으로 존재합니다. 층별로 쌓인 그래핀은 흑연을 형성하며, 흑연 1밀리미터에는 대략 300만 개의 그래핀 층이 포함되어 있습니다. 종이 위의 연필 자국은 여러 층 또는 단 한 층의 그래핀일 수도 있습니다. 이상적인 2D 구조로 인해 다양한 혁신적인 제품에서 기능성 첨가제 역할을 합니다.
· 특수 폴리머 코팅에 첨가하면 탁월한 차단 특성을 통해 서비스 수명이 연장됩니다.
· 배터리의 전도성 제로 사용되는 2D 구조는 더 빠른 전자 이동을 촉진하여 충전 속도를 크게 향상시킵니다.
· 섬유 및 전기 가열 장치에 통합되어 뛰어난 전기 및 열 전도성으로 제품 성능을 크게 향상시킵니다.
엄청난 가치를 고려할 때 더 나은 준비 방법은 학계와 산업계 모두의 경쟁 목표가 되었습니다. 맨체스터 대학의 두 과학자 - Andre Geim과 Konstantin Novoselov -는 점점 더 얇아지는 흑연 조각을 얻는 매우 간단한 방법을 발견했습니다. 그들은 고배향성 열분해 흑연에서 플레이크를 벗겨내고 특수 접착 테이프로 양면을 붙인 후 테이프를 찢어서 플레이크를 분리했습니다. 이 과정을 반복하면 점점 더 얇은 시트가 생성되고 결국 탄소 원자 단 한 층인 그래핀으로 구성된 플레이크가 생성됩니다. 그 이후로 수많은 새로운 제조 방법이 등장했으며, 5년간의 개발 끝에 산업{6}}규모의 그래핀 생산이 가능해졌습니다.
루홍빈 교수는 그래핀에 세 가지 "세계 최고" 타이틀을 부여했습니다.
· 두께가 0.335나노미터에 불과한 알려진 가장 얇은 물질입니다.
· 강철보다 100배 강한 최강의 소재.
·은보다 10배 이상 높은 최고의 열전도체.
게다가 그래핀은 실리콘보다 2배 더 높은 매우 높은 전자 이동도를 가지고 있습니다. 중요한 전략적 신흥 소재인 이 새로운 2D 소재는 스마트 장비, 항공우주, 에너지 저장, 환경 개선 및 기타 여러 분야에서 큰 응용 잠재력을 가지고 있습니다.
그러나 고품질 그래핀의 효율적인-대규모 생산-은 오랫동안 그래핀의 광범위한 적용을 제한하는 주요 병목 현상이었습니다.
그래핀은 자연적으로 존재하며, 이상적인 준비 전략은 특정 액체 용매에서 천연 플레이크 흑연을 그래핀으로 박리하는 것입니다. 즉, 그래핀은 소수성이므로 박리시 액체에 다량의 계면활성제를 첨가해야 하며, 그렇지 않으면 분리가 거의 불가능하다. 기존 방법에서는 일반적으로 1톤의 그래핀을 생산하기 위해 과망간산칼륨과 같은 산화제 3톤이 필요하며, 이를 박리 및 환원 전에 산화 그래핀으로 변환합니다. 이 공정은 산화, 환원 및 세척 과정에서 대량의 폐수를 생성하는 동시에 그래핀의 일부 고유한 특성을 저하시킵니다.
연구팀은 이러한 문제를 어떻게 극복했습니까? 그들은 극소량의 이온화 가능한 산소-함유 관능기를 그래핀 표면에 도입하여 초고농도에서 신속하고 -고수익 박리를 가능하게 하는 불안정한 분산 전략을 채택했습니다. 박리된 제품의 90% 이상이 격자 결함이 최소화된 단일{5}층 그래핀으로, 대규모 애플리케이션의 저장 및 운송 문제를 효과적으로 해결합니다.- 또한, 이 방법으로 생산된 수성 그래핀 슬러리는 유리한 유변학적 특성을 나타내며 다양한 모양의 그래핀 에어로겔을 3D-인쇄하는 데 직접 사용될 수 있어 에너지 저장, 환경 처리, 다기능 복합재 등에서 그래핀 응용을 위한 새로운 길을 열 수 있습니다.
