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문제 정의

  • 그래핀 소재에 대한 EMC 소재로서의 응용 가능성을 가늠해 보고자 하면 상기한 물성이 탁월한지와 더불어 미래 수요의 추세에 대응할 수 있느냐 하는 것일 것이다. 이미 스마트폰 등에서 경험하고 있는 것이지만, 미래의 요구 추세는 박막화, 유연화 및 경량화이며, 여기에 투명 차폐 소재로서의 요구조건은 고투광화가 더해질 것이다.
  • 따라서 차폐 소재로서의 소재의 물성뿐만 아니라, 고투광화, 박막화, 경량화 및 유연화 추세에 대응할 수 있는 미래 소재는 무엇인가에 대한 대책이 시급히 필요하다. 따라서 미래 차폐소재로서의 가능성을 가늠하기 위하여 그래핀의 물성에 대하여 알아보기로 한다.
  • 먼저, EMC/EMI 소재 즉, 여기서는 전자파 흡·차폐 소재 혹은 노이즈 억제 소재로서의 적용 가능성에 대하여 한정하여 서술하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
그래핀은 언제 실험적으로 조재함이 밝혀졌는가? 그래핀(Graphene = Graphite + ene)은 [그림 1]과 같이 다층의 카본층으로 구성된 카본 화합물인 흑연에서 그 기본 구조인 한 층의 카본층([그림 1] b)을 지칭하는 것으로, 1985년 발견된 플러린(C60)와 1991년에 발견된 탄소 나노 튜브(CNT)에 이어 2004년에 실험적으로 존재함이 밝혀졌다[1]. 그래핀은 흑연 층간 물질이나 탄소 나노 튜브를 이론적으로 설명하기 위하여 도입된 이차원 결정의 모델 개념으로 1946년에 Wallace에 의해 그 밴드 구조가 이론적으로 제시되었고 1984년 Semenoff에 의해 그 특성이 상당히 독특하다는 것이 보고되었기 때문에, 1990년대에 이미 층간 박리 기법으로 그래핀을 만들려는 시도들이 있었으나 실패했다.
그래핀이란? 그래핀(Graphene = Graphite + ene)은 [그림 1]과 같이 다층의 카본층으로 구성된 카본 화합물인 흑연에서 그 기본 구조인 한 층의 카본층([그림 1] b)을 지칭하는 것으로, 1985년 발견된 플러린(C60)와 1991년에 발견된 탄소 나노 튜브(CNT)에 이어 2004년에 실험적으로 존재함이 밝혀졌다[1]. 그래핀은 흑연 층간 물질이나 탄소 나노 튜브를 이론적으로 설명하기 위하여 도입된 이차원 결정의 모델 개념으로 1946년에 Wallace에 의해 그 밴드 구조가 이론적으로 제시되었고 1984년 Semenoff에 의해 그 특성이 상당히 독특하다는 것이 보고되었기 때문에, 1990년대에 이미 층간 박리 기법으로 그래핀을 만들려는 시도들이 있었으나 실패했다.
그래핀의 σ 결합 중 결합 밴드와 반결합 밴드는 어떻게 되어 있는가? 그래핀은 그 구조가 흑연에서 익히 알려진 바와 같이 탄소 원자가 육각형의 각 꼭지점에 위치해 있는 벌집구조의 격자로 배열되어 있고, 이 격자가 평면적으로 연결된 2차원의 탄소 동소체로서, 일반적인 2차원 결정과는 달리, [그림 2]와 같이 1개의 2s 궤도 함수와 2개의 2p 궤도함수가 sp2의 혼성 궤도함수를 형성하여 σ 결합을 이루고, 1개의 2pz 궤도함수는 인접한 탄소원자와 π 결합을 하고 있다. σ 결합 중 결합 밴드는 모두 채워져 있고 매우 안정하며, 반결합 밴드는 모두 비어 있고 매우 불안정하다. π 결합의 결합 밴드와 반결합 밴드는 디락 포인트(Dirac point)라는 한 점에서 서로 교차하는데, 여기에 페르미 준위(Fermi level)가 위치하게 되어 그래핀 만의 유일한 밴드구조를 가지며, 이로 인하여 다른 2차원 결정과 다른 독특한 물성을 나타낸다.
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참고문헌 (15)

  1. K. S. Novoselov et al., "Electric field effect in atomically thin carbon films", Science, vol. 306, no. 5696, pp. 666-669, Oct. 2004. 

  2. M. Koshino, Y. Arimura, and T. Ando, "Giant diamagnetism in graphenes", AIP Conf. Proc., vol. 1504, no. 291, pp. 291-301, Sep. 2012. 

  3. 손영우, "그래핀", 물리학과 첨단기술의 세계, 17 (10), pp. 40-43, 2008년 10월. 

  4. C. Lee et al, "Measurement of the elastic properties and intrinsic strength of monolayer graphene", Science, vol. 321, pp. 385-388, Nov. 2008. 

  5. 기동근, 이후종, "그래핀의 전자수송 특성", 물리학과 첨단기술의 세계, 18(7/8), pp. 9-19, 2009년 7/8월. 

  6. A. K. Geim, K. S. Novoselov, "The rise of graphene", Nature Mater., vol. 6, pp. 183-191, Mar. 2007. 

  7. M. Koshino, Y. Arimura, and T. Ando, "Magnetic field screening and mirroring in graphene", Phys. Rev. Lett., vol. 102. pp. 177-203, May 2009. 

  8. Y. Ominato, M. Koshino, "Orbital magnetic susceptibility of finite-sized graphene", Phys. Rev. B, vol. 85, no. 16, pp. 165-454, Apr. 2012. 

  9. Y. Wang, et al., "Room-temperature ferromagnetism of graphene", Nano Lett., vol. 9. no. 1, pp. 220-224, 2009. 

  10. M. Sepioni, et al., "Limits on intrinsic magnetism in graphene", Phys. Rev. Lett., vol. 105, no. 20, pp. 207-205, Nov. 2010. 

  11. R. R. Nair, et al., "Spin-half paramagnetism in graphene induced by point defects", Nature Phys., vol. 8, pp. 199-202, Jan. 2012. 

  12. J. Hong, et al., "Room-temperature magnetic ordering in functionalized graphene", Sci. Rep., vol. 2, no. 624, pp. 1-6, Sep. 2012. 

  13. S. K. Hong, et al., "Electromagnetic interference shielding effectiveness of monolayer graphene", Nanotechnology, vol. 23, pp. 455-704, Oct. 2012. 

  14. S. Greco, M. S. Sarto, and A. Tamburrano, "Shielding performances of ITO transparent windows: Theoretical and experimental characterization", EMC Europe 2008, pp. 8-12, Sep. 2008. 

  15. F. Sarto, et al., "Transparent films for electromagnetic shielding of plastics", Rev. Adv. Mater. Sci., vol. 5, pp. 329-336, 2003. 

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