흔히들 탄소 소재를 꿈의 신소재라고 하죠.
강한 탄성과 뛰어난 전기 전도성, 열전도성등의 특성을 가지고 있기 때문입니다.
대표적인 탄소 소재로 그라파이트(흑연), 카본블랙, CNT(탄소나노튜브), 그리고 그래핀이 있죠.
이들은 잘 아시는 탄소 육각 구조로 되어있고 그것이 어떤 모양을 하고 있느냐에 따라 종류가 달라집니다.
탄소의 4개 전자가 이웃 탄소 4개와 완벽하게 결합을 이룬것이 다이아몬드구요
이 구조에서는 탄소 원자간 공유결합만이 존재하기 때문에 겁나 강합니다.
반면 그라핀의 경우는 평면 구조이죠.
그림에서처럼 탄소가 아쉽게도 다리를 3개만 뻗어서 결합을 이루고 있습니다.
3개의 결합+ 1개의 반결합이라고 생각하시면 쉽습니다.
저 결합의 강도는 다이아몬드보다 오히려 강합니다.
저 한장의 레이어를 그래핀이라고 하고 저것이 여러겹 모여서 엄마손 파이처럼 되어 있는게 그라파이트(흑연) 즉 연필심 되겠습니다.
여러분이 연필로 글씨를 쓸수 있는 이유는(글씨를 쓴다는건 흑연이 쉽게 떨어져 나온다는 뜻)
저 한층은 매우 강하지만 층과 층 사이는 오직 물리적 인력으로만 붙어있어 결합이 매우 약해 약한 힘에도
떨어져버리기 때문입니다.
스카치 테잎으로 저걸 분리해 냈다는건 층과 층을 분리했다는 이야기 입니다.
다음 탄소 소재는 CNT(탄소나노튜브) 입니다.
그래핀 이전에 꿈의 신소재로 불리던 한물 간 녀석입니다.
보시다시피 그래핀을 김밥처럼 말아놓은 형태입니다.
이녀석도 생김새에서 보시다시피 탄소 육각 구조에 매우 강한 탄성, 전기전도성, 열전도성등을 가지고 있습니다.
소개가 길었구요 이제 관련 업계 현실을 톡 까놓고 말씀드리겠습니다.
걍 다 사기입니다.
2000 년대 대학교에서 화공이나 화학 물리 쪽 전공하신 분들은 CNT 가 세상을 바꾸네 어쩌네 하는 이야기 엄청 들으셨을 겁니다.
그 당시 SCI 의 화두는 거의 CNT 였고 CNT 관련 논문은 인용지수가 10 우습게 넘었습니다.(인용지수 10이면 엄청난 겁니다.)
교수들 대부분 니나노라고(니도 나노 나도 나노) 해서 나노가 대유행이었는데 그 중심이 탄소나노튜브였습니다.
연구 주제는 대부분 고만고만 했구요.
그로부터 10년이 지난 지금 CNT 는 걍 쓰레기라고 결론이 났습니다.
요즘 어디 학회가서 CNT 관련 연구 발표 보기 어렵구요 실제로 CNT 로 뭐 나온 상용제품 없습니다.
이유는 꿈의 신소재라 불리는 이유가 강한 기계적 강도 및 전기전도도인데
기계적 강도 먼저 말씀드릴게요.
어차피 CNT 자체를 가지고 뭘 만들지는 못합니다.(걍 풀풀 날리는 시꺼먼 가루입니다. 라면 박스 만한게 1kg 밖에 안나가요)
이걸 어디에 섞어서 가공을 해야하는데 만만한게 플라스틱이죠.
섞어봅니다. 잘 안들어갑니다.
뭐 어떻게 쑤셔 넣었다고 칩시다.
강도? 어? 개뿔...네 이게 결론입니다.
강한건 맞는데 너무 작습니다. 나노 사이즈에요.
쉽게 설명드리면 여러분 팔이 강한 이유는 뼈가 외부 하중을 받쳐주기 때문이죠.
뼈를 아주 잘게 쪼개봅니다.
그리고 팔을 꺾어봅시다.
네 팔이 걍 휘죠?? 여러분 팔의 뼈가 변한건 아닌데 사이즈가 작은 여러개가 됐다고 그렇게 되는겁니다.
똑같습니다. 애초에 저걸로 기계적 강도 어쩌고 하는게 사기입니다.
플라스틱의 기계적 강도를 끌어올리는데 탁월한 것이 유리섬유 잘라놓은 겁니다. 대략 1cm 로 커팅해서 플라스틱에 집어넣는데
이거 1kg 에 1200 원 합니다. 플라스틱에 섞으면 강도도 좋아지는데다 생산 단가도 싸집니다. 가공도 쉽습니다.
CNT 1Kg 에 5만원 합니다. 강도 향상에 효과도 없고 가공하기 뭐 같습니다.
작업하는 분들 진폐증 걸리기 딱 좋습니다.
전기전도도는 그래도 기계적 강도에 비해 효과적인 특성입니다.
근데 1Kg 에 2000 원 하는 카본블랙 집어넣는게 훨씬 편하고 쌉니다.
CNT 가 이모양이다보니 이쪽 연구하면서 연구비 엄청 받아먹은 교수들은 이제 CNT 안합니다.
그럼 뭘 하느냐...
네 그래핀 합니다.
이제 CNT 유행은 가고 그래핀 유행의 시대가 온거죠.
근데 그래핀은 더 암울해요.
왜냐면 그래도 CNT 는 실제로 존재했고 합성도 해서 제품을 생산은 했습니다.
응용 제품이 안나왔을 뿐이죠.
그래핀은?? 대량 양산 못합니다.
현재까지 실제 그래핀이라고 할만한건 스카치 테잎으로 한 장씩 뜯어낸 것과 CVD 를 이용해 대면적으로 합성한 것 등이 있는데
둘다 대량 생산 못합니다.
대량 생산 방법이라고 나온것이 그라파이트(흑연) 갈아버리는건데 엄마손 파이 막 갈면 과자 부스러기 나오잖아요 그겁니다.
근데 그래핀은 엄밀히 1장의 레이어로 된걸 말하는데 그라파이트 갈아서는 그렇게 못만듭니다.
수~수십층의 그라파이트 조각이 되는거죠.
요즘은 그래도 양심은 있어서 차마 그래핀이라고는 말 못하고 MLG(멀티레이어 그래핀) 이라고 부릅니다.
즉 그래핀을 제대로 만들어도 사실상 써먹을 곳이 없는데, 이건 그래핀을 만들지도 못하는 상황입니다.
걍 이쪽에 나오는 연구비가 많으니까 개나소나 연구하고 그러다보니 학회나 학술지에 많이 실리게 되고
이게 언론이나 외부에는 꿈의 신소재 세상을 바꾼다...이런식으로 홍보가 되는겁니다.
너무 비관적으로 얘기한 감이 있지만 이쪽 현실이 너무 한심해서 써봤씁니다.
