2004 년 영국 맨체스터 대학의 물리학자인 AndreGeim 과 KonstantinNovoselov 는 실험실에서 흑연판에서 그라핀을 분리하는 데 성공했다. 두 사람 모두 2 차원 그라핀 소재 방면의 획기적인 실험으로 20 10 노벨 물리학상을 수상했다. 두께가 0.34 nm 에 불과하고 1 mm 두께의 흑연 조각이 거의 300 만 층 그라핀 스택으로 만들어진 것으로 밝혀졌다.
그라핀의 출현은 전 세계 연구 열풍, 특히 그 독특한 성질을 불러일으켰다. 많은 전문가들은 이를' 2 1 세기의 재료 변경' 이라고 부르며' 2 1 세기는 탄소 (C) 의 세기가 될 것' 이라고 예언했다.
그라핀은 실리콘의 100 배에 달하는 초전도성을 가지고 있다. 전문가들에 따르면 그래핀의 전자가 궤도를 따라 움직일 때 격자 결함이나 외래 원자의 도입으로 산란되지 않아 간섭이 매우 적다. 따라서 전자의 운동 속도는 다른 금속 단량체 또는 반도체보다 빠르며 광속의 1/300 에 이를 수 있다.
그라핀의 열전도도는 탄소 나노튜브보다 구리나 알루미늄 등의 금속보다 수십 배나 뛰어나 향후 초대형 집적 회로의 방열재로 그래핀을 사용할 수 있다. 그라핀도 다이아 보다 단단하고 기계적 강도는 강철의 100 배, 스트레칭 접힘의 유연성과 뛰어난 투과율, 투과율이 97.4% 에 달한다.
또한 그라 핀은 비 표면적이 매우 높습니다. 단일 레이어 그래 핀의 이상적인 비 표면적은 2630 평방 미터/그램에 도달 할 수 있으며, 일반 활성탄의 비 표면적은 1500 평방 미터/그램이며, 이로 인해 그래 핀은 잠재적 인 에너지 저장 재료가됩니다.
광활한 응용 전망
갓 태어난 그라핀은 기술 함량이 매우 높고 응용 가능성이 매우 넓은 탄소 소재이다. 터치 스크린, 전자 장치, 에너지 저장 배터리, 모니터, 센서, 반도체, 항공 우주, 군공, 복합 재료, 생물의약 등 분야에서 광범위한 응용 전망을 가지고 있으며, 양산은 다음 조 달러의 신흥 산업이 될 것입니다.
"현재 전 세계적으로 볼 때, 그라핀은 최첨단 연구이며, 재료 개발은 아직 초기 단계에 있으며, 대규모 응용까지는 아직 갈 길이 멀지만, 그렇다고 그것이 멀다는 뜻은 아니다." 남경대 전자과학공학대학 교수는 휴대전화 태블릿 등 단말기에 있는 그라핀 터치스크린이 먼저 시장에 진출해야 하며 2 년 후에 출시될 것으로 예상된다고 흔쾌히 밝혔다. 그라핀으로 만든 광전자 탐지기, 태양전지 등 광전기도 20 15 에 점차 시장에 진출할 예정이다. 더 높고, 공예가 더 엄격한 고주파 회로와 논리 회로는 먼 미래에는 시장에 진출할 수 없다.
중과원 원사 고홍균도 그라핀이 미래 전자기기에서 매력적인 응용 전망을 갖고 있어 그라핀 연구가 돌파하고 산업화할 가능성이 가장 높은 분야로 여겨져 국제 연구와 경쟁의 초점이 되었다고 밝혔다.
언론 보도에 따르면 최근 중과원 충칭 녹색지능기술연구소는 국내 최초의 15 인치 싱글 그라핀을 성공적으로 만들어 국내 최고 수준에 도달했다. 현재 중과원 중경연구원은 동박 베이스보드에 15 인치 균일 싱글 그라핀을 성장시켜 유연성 있는 PET 베이스보드 등 베이스보드 표면으로 옮기는 데 성공했다. 추가 가공을 거쳐 7 인치 그라핀 터치스크린도 제작되었습니다. 그라핀 터치스크린을 일반 노트북 디스플레이에 붙이면 스타일러스로 화면에 글씨를 쓸 수 있다.
에너지 저장 분야에서 그라핀은 리튬 이온 배터리와 수퍼 콘덴서 개발에 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. 그래 핀은 리튬 이온 배터리와 수퍼 커패시터의 충전 방전 속도, 순환 안정성 및 안전성을 향상시키고 몇 분 또는 몇 초 안에 충전할 수 있는 뛰어난 전도성과 유연한 2 차원 층 구조를 갖추고 있습니다. 이런 그라핀 리튬 배터리는 전자소비, 전기자동차, 에너지 저장 등 분야에서 큰 시장을 가지고 있다.
또한 그라핀으로 만든 열막은 스마트폰, 태블릿, LED 조명, LCD TV 등 초박형 고전력 전자제품에 적용할 수 있다. 기능화 그라핀 소재는 생물의학, 생물진단, 식품가공 방면에서도 높은 응용가치를 가지고 있다.
투자열이 한창 뜨거워지고 있다
그라핀의 엄청난 시장 잠재력으로 전 세계적으로 그라핀의 연구 개발과 투자 열풍이 일고 있다. 현재 삼성전자, IBM, 도씨화학, 제너럴모터스, 제록스 등 국제 거물업체들은 모두 그라핀 산업화 연구를 적극 추진하고 있다.
자료에 따르면 그라핀 개발에 참여한 회사는 200 개가 넘으며 중국과 미국은 제품 특허 수에서 월등히 앞서고 있다. 그라핀 산업에 대한 심도 있는 연구가 있는 영국 과학기술전략기관인 CambridgeIP 에 대한 최신 자료에 따르면 세계 최대 10 그라핀 관련 특허 보유자는 IBM, KAIST, KIST, 라이스 대학, 삼성, 성디, 칭화대, 성균관 대학, 제록스였다.
케임브리지 지적재산권회사 회장인 도노크는 지난 몇 년간 아시아, 특히 한국과 중국의 그래핀 특허 활동이 크게 늘었다고 밝혔다.
국내에서는 저장대, 칭화대, 베이징대, 중과원 금속소, 중과원 닝보소재소, 상해교통대, 동남대, 천진대 등 고교와 과학연구기관이 그래핀 제비 및 응용분야에서 여러 가지 특허를 출원했다.
올해 6 월까지 국내 기관인 * * * 은 그라핀 관련 발명 특허 3000 여 건을 신청했는데, 그 중 국가지적재산권국은 특허 456 건을 허가해 그라핀의 준비와 응용에 주로 집중했다.
그라핀의 산업 응용에서 장쑤 전국 선두를 달리고 있다. 20 10 년 7 월 타이주는 국내 최초의 전문 그라핀 신소재 회사를 설립하여 현재 비교적 큰 규모를 갖추고 있다.
201/KLOC-0 20 12 상하이 남강 (그룹) 유한회사에 기술을 양도하고, 쌍방은 닝보머시 기술유한회사를 설립하여 그래핀의 생산, 판매 및 응용기술 개발에 주력하고 있다. 연간 300 톤의 그라핀 생산 라인은 20 13 년 말에 완공될 예정이다.
터치 패널 산업은 충칭에서 전자 정보 첨단 기술 산업을 발전시키는 또 다른 중요한 방향이 되고 있다. 20 15 년이 되면 태블릿의 대형 터치스크린 수요도 2 억 3 천만 장에 이를 것으로 예상되며, 그 중 그래핀이 중요한 시장을 차지할 것으로 예상된다. 이를 위해 상하이 남강그룹은 중과원 충칭연구원과 함께' 대형 싱글 그라핀 산업화 프로젝트' 를 추진해 2 억 6700 만 원을 투입할 예정이다. 최근 그라핀 산업기지가 충칭에 성공적으로 정착해 1 년 안에 첫 생산 라인을 건설하고 생산에 투입하여 654 만 38+00 만 조각의 그라핀 생산 능력을 형성하기 위해 노력할 것이다.
그라핀의 기술 진보와 산업화에 따라 시장에 대한 관심이 높아지고 있다. 그라핀 R&D, 생산, 판매 및 서비스와 관련된 수십 개의 하이테크 기업이 출현했습니다. 예를 들어 상하이 신치, 난징 푸코나노, 선전 베트리 등이 있습니다. 이 가운데 많은 벤처투자 기관이 적극 참여하고 있다.
이 밖에 국내 여러 상장 회사들도 그라핀 응용 분야에 진출했다. 방대탄소는 5 월 20 일 저녁 발표에 따르면 석회석을 이용해 그라핀을 준비하는 방법은 최근 국가지식재산권국의 특허증서를 받았고 특허 기간은 20 년이라고 밝혔다. 방대탄소에 따르면, 본 발명은 기존 기술에 비해 제비공예가 간단하고, 원료의 출처가 광범위하며, 비용이 저렴하며, 안전하고 친환경적이라는 장점을 가지고 있다.
대악투자이사회 의장 진운화는 지난 3 월 회사가 현재 그라핀 제품 개발을 계획하고 있으며 방직의류, 자동차 배터리, 휴대폰 등에 주로 적용된다고 밝혔다. 20 13 년 3 월 두남전력회사는 그라핀과 그라핀 배터리 두 가지 특허를 공식 신청한다고 발표했다. 20 12 년 7 월, 화려한 가문은 지주주 남강그룹이 세계 최초의 그래핀 생산 라인 건설에 투자하고 있음을 확인했다. 종초케이블도 최근 20 12 년 7 월 회사가' 그라핀 함유 고무 절연 케이블' 유효 특허를 획득했다는 사실을 확인했다. 육금그룹과 중과원 금속소가 공동으로 개발한' 그라핀 소재 규모화 제비 기술' 은 쓰촨 성 과학기술청의 전문가 평가를 통과했다.
공업화의 장애
그라핀의 개발이 본격화되면서 학계, 재계, 자본시장에서 인기를 끌고 있지만, 고품질, 대형, 저비용 그라핀을 어떻게 대규모로 준비할 것인지는 산업화에서 시급히 해결해야 할 문제이다.
7 월 13 에서 열린 그래핀 산업 발전 추세와 투자 포럼에서 많은 전문가들은 현재 그라핀을 준비하는 기술이 미성숙하고 제품 면적이 작아 산업 응용에 적응할 수 없다고 밝혔다. 그라핀 전체는 아직 연구 개발 단계에 있으며, 각국은 이런 신흥재료에 대해 특허 배치 기간에 있으며, 산업 체인은 아직 형성되지 않았다. 그래핀에 대한 수요가 가장 큰 것은 여전히 각 대학과 과학연구기관의 연구와 응용이다.
그라핀이 양산을 이루지 못한 것은 양산에 적합한 방법과 방법을 찾지 못했기 때문이라고 소개했다. 그래핀의 비용이 높은 이유이기도 하다. 현재 그라핀의 제비 방법은 주로 마이크로기계박리법, 외연성장법, 산화흑연 복원법, 화학기상침착법 등 네 가지가 있다.
노벨상 수상자인 하임과 노보쇼로프가 그라핀을 얻는 방법을 마이크로기계 벗기기, 즉 더 큰 결정체에서 그라핀 슬라이버를 직접 자르는 방법이라고 한다. 이 방법은 여전히 실험실에서 그라핀을 얻어 기초 연구를 하는 중요한 수단이다. 이런 방법으로 얻은 그래핀은 질이 높지만, 크기가 작고 다르고, 노동 강도가 높고, 비용이 비싸서 산업화의 요구를 충족시킬 수 없다.
에피 택셜 성장 방법으로 얻은 그라 핀은 크고 품질이 높지만, 그라 핀의 생산 비용이 매우 높고 성장 조건이 매우 가혹하다는 단점이 있습니다. 이 방법으로 생성된 그라핀은 금속 표면에서 그라핀을 자라게 한 다음 축구장에 얇은 랩을 깔아 평평하게 하는 것과 같이 적절한 베이스로 옮기는 것이 매우 어렵기 때문에 다른 베이스로 쉽게 옮길 수 없습니다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 축구장, 축구장, 축구장, 축구장, 축구장 등)
현재 산화흑연 복원법은 비용이 가장 낮고 대규모로 그라핀을 생산하는 가장 쉬운 방법이다. 단점은 산화 복원 과정에서 그라핀의 전자 구조와 결정체 무결성이 강한 산화제에 의해 쉽게 파괴되어 그라핀의 분자 특성에 더 영향을 미친다는 것이다.
화학기상침착법은 넓은 면적에서 그라핀을 준비할 수 있지만, 다른 라이닝으로 옮기는 것도 어렵지 않지만, 품질은 여전히 향상되어야 하며, 공예는 더욱 복잡하고 비용이 많이 든다.
우리나라는 그라핀에 대한 연구가 비교적 늦게 시작되었지만, 연구는 뒤따르는 것이 빠르다. 20 12 연말까지 그라핀 관련 연구논문이 SCI 에 수록된 수는 5072 편으로 미국을 제치고 세계 1 위를 차지했다.
"하지만 우리에게는 두 가지 단점이 있습니다. 첫째, 연구집단은 방대하고 성과도 적지 않지만 우수하고 독창적인 성과는 매우 적다. 우리는 다른 사람의 성숙한 방법을 채택하여 시종 낙후된 지위에 처해 있으며, 중대한 혁신은 매우 제한적이므로 재료의 제비 방법에서 돌파구를 찾아야 한다. 또 기초 연구에 주로 집중돼 산업 응용이 비교적 약하다. " 중국과학원원사 고홍균은 유럽 미국 한국 등 국가의 기업들이 일찍 참여해 그 성과의 응용과 전환도 세계 선두에 올랐다고 말했다.
칭화대 강비우 교수 그라핀 연구팀의 주웅은 현재 그라핀이 대규모 생산 능력을 갖추고 있지만 발전 과정에는 여전히 문제가 있다고 보고 있다. 중국의 기존 기술 수준은 공업화를 지탱할 수 있지만, 아직 최적 수준에 이르지 못했기 때문에 앞으로 큰 돌파구가 필요하다. 그러나, 그라핀의 제비 기술과 이상 상태는 여전히 차이가 있다. 게다가, 그는 국가가 그라핀 연구기관과 기업에 더 많은 정책 지원을 해주길 바란다.
동남대 교수, 박사생 멘토 여진화는 그라핀 연구와 산업화를 가속화하는 5 가지 건의를 했다. 하나는 정부 차원에서 그라핀 연구의 올바른 방향을 유도하는 것이다. 둘째, 정책 지원을 통해 산업화 과정을 가속화한다. 셋째, 가능한 한 빨리 산업 표준을 수립하고 담론을 위해 노력하십시오. 넷째, 업계 간 교류와 협력을 강화하고 그라핀의 광범위한 응용을 촉진한다. 다섯째, 관련 산업 기술 연맹을 설립하여 업계 내 조정 협력을 강화하다.
최근 몇 년 동안, 그라핀의 출현도 중국 정부의 관심을 불러일으켰다. 지난해 공신부는' 신소재산업' 12 5' 발전계획' 을 발표해 그래핀을 최전방의 신소재로 꼽았다. 게다가, 국가 과학기술 중대 전문과 국가 973 계획에 중대한 프로젝트가 배치되었다.
20 13 그래핀 산업 발전 추세와 투자 포럼에서 공신부 원자재사 부국장은 그래핀이 나노재료 범주에 속한다고 밝혔다. 신소재 산업' 12 5' 발전 계획을 편성할 때, 그라핀은 아직 이렇게 보급되지 않아 산업 응용 전망이 분명하지 않다. 따라서 계획 텍스트와 제품 카탈로그에서 그라핀을 주요 관심사로 삼지는 않았지만, 기술과 응용이 돌파됨에 따라 다음 단계는 연구하고 고려할 것이다.
13 년 7 월 중국 그라핀 산업 기술 혁신 전략연맹이 베이징에 설립되었다. 연맹의 설립은 산업 자원을 통합하고 조율하는 데 도움이 될 것이며, 산학연 상류 하류 정보와 지적재산권에 대한 자원 공유 메커니즘을 확립하고, 그래핀 산업 체인의 전반적인 혁신 수준과 저비용 그라핀의 경쟁력을 더욱 높여 우리나라 그라핀 산업의 건강한 발전을 촉진할 것이다.