그래 핀은 무엇이며 왜 과학의 별이라고 불리는가?

I. 그래 핀의 발견

그라 핀은 10 년 이상 발견 된 새로운 소재입니다. 우리는 자연이 그래 핀을 가지고 있기 때문에 발명이 아니라 발견이라고 말한다. 우리는 종종 흑연이 자연계에 광범위하게 분포되어 있다고 말한다. 그것들은 그래핀이 쌓여 있지만, 사람들은 그래핀 한 조각을 꺼내지 못했다. 두 명의 영국 과학자가 모 놀리 식 그라 핀을 성공적으로 준비 한 경우에만 그라 핀을 깊이 연구 할 수 있습니다. 물론 이 두 과학자는 노벨상을 받았다. 동시에, 두 과학자가 그라핀을 준비하는 방법도 과학 혁신의 이야기이다.

화학에서 준비에 대해 말하자면, 왕왕 병통 한 무더기, 각종 시약, 복잡한 화학반응 과정을 통해 결국 하나의 물질을 얻는다. 하지만 그라핀의 초기 준비는 어린아이가 소놀이를 하는 것처럼 흑연과 테이프로만 완성할 수 있다. 흑연은 그래핀이 쌓여 있는 천 층의 케이크와 같다. 만약 우리가 그것들을 층층이 벗겨낼 수 있다면, 우리는 그라핀을 얻을 수 있을 것이다. 하지만 그라핀 한 층의 두께는 매우 작아서 육안으로는 보이지 않을 뿐만 아니라 현미경으로도 분간할 수 없다. 그래서 접착제를 뜯는 것처럼 뜯을 수는 없다. 하지만 두 명의 영국 과학자는 흑연의 양면에 각각 두 개의 테이프를 붙인 다음 그것을 벗기면 여러 층의 그라핀을 붙일 수 있는 아이디어를 생각해 냈다. (윌리엄 셰익스피어, 햄릿, 영국명언) (윌리엄 셰익스피어, 잉글랜드, 영국명언) 그런 다음 두 개의 테이프로 붙이고, 벗기고, 흑연은 다시 가늘어졌다. 이렇게 반복해서 조작하면 천층빵 같은 흑연이 점점 얇아지고, 마지막에는 그라핀만 남게 된다. 이런 그라핀은 벌집 모양의 가는 메쉬 구조로 업계에서 2 차원 결정체 재료라고 불린다. 만약 우리가 이런 그라핀을 얻는다면, 우리는 그것을 연구할 수 있다. 많은 친구들이 이 이야기를 들은 적이 있다. 먼저 그라핀의 성질과 응용에 대해 간단히 말해 보자.

둘째, 그래 핀의 특성과 응용

1. 이상적인 그라 핀 소재 잠재력은 무한합니다.

그라핀의 첫 번째 특수 성능은 강력한 기계적 성능입니다. 전반적으로, 그라핀은 지금까지 발견된 가장 강한 재료 중 하나이다. 같은 두께의 강삭과 그라핀으로 만든 밧줄은 강삭을 당기는 힘이 200 배 증가하여 그라핀 밧줄이 끊어질 수 있다. 동시에, 그라핀의 밀도는 강철의 3 분의 1 에서 4 분의 1 에 불과하다. 공상 과학 소설에서 우주 엘리베이터는 미래 세계의 표준으로 여겨지지만, 어떻게 이런 엘리베이터를 만드는지도 어려운 문제이다. 엘리베이터가 강철 케이블로 구동된다면, 수백 킬로미터나 수만 킬로미터의 강삭은 엘리베이터 승용차를 연결하지 않고 스스로 압연할 수 있다. 우주 엘리베이터 케이블이 될 가능성이 가장 높은 재료는 그라핀이나 탄소 나노튜브로 만든 케이블입니다.

그래핀으로 랩 두께의 막을 만들면 랩처럼 부드러워지지만 찢는 것은 쉬운 일이 아니다. 누군가가 네가 바늘끝으로 그라핀으로 만든 랩에 구멍을 뚫으려면 바늘에 코끼리 한 마리를 서 있어야 한다고 계산했다. (윌리엄 셰익스피어, 햄릿, 희망명언) 한편, 완벽한 그래핀은 거의 절대 공기가 통하지 않는 소재로, 가장 가벼운 수소와 헬륨조차도 그래핀의 틈새를 통과할 수 없다. (알버트 아인슈타인, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 예술명언) 만약 당신이 미래에 완벽한 그라핀 타이어를 만들 수 있다면, 당신은 거의 영원히 바람을 피울 필요가 없습니다. 자동차가 못에서 굴러도 타이어를 깨뜨리기는 어렵다. 물론 항상 안전한 것은 아니다. 시간이 지나면 마모되고 독으로 독을 공격할 수 있다. 즉, 그라핀은 좋지만 흠이 없는 것도 아니다.

이 능력에 따르면, 그라핀은 미래에 광범위하게 응용될 것이다. 예를 들어, 우주 분야는 이미 그라 핀 재료를 연료 탱크로 계획하기 시작했고, 그라 핀으로 만든 우주복은 공상 과학 소설이 될 것입니다.

이러한 응용 프로그램은 좋게 들리지만 실제 응용 프로그램에서 멀리 떨어져 있습니다. 여기서 가장 큰 문제는 그라핀의 제작이기 때문이다. 사실 그래 핀 자체는 생산하기 어렵지 않다. 자연에서 그라 핀을 추출하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 타오바오에서는 100 여 원에 그라핀 1 근을 살 수 있다. 하지만 이런 그라핀을 사면 위에서 말한 그런 일을 할 수 없다. 살 수 있는 것은 모두 그라핀 가루인데, 진짜 그라핀 필름은 매우 비싸다. 다이아 처럼, 더 큰 다이아, 더 가치가 있다. 촛불 연소로 인한 연기 중에는 대량의 마이크로 다이아. 촛불 연소로 인한 연기가 비싸리라고는 상상도 못했다. 마찬가지로, 그라핀 가루는 가격이 비싸지 않지만, 넓은 면적의 그라핀 박막을 만들면 가치가 있다.

현재 공업에서 손바닥 크기의 그라핀 박막을 생산하는 것은 쉽지 않다. 큰 돌 잉크의 생산은 강판을 억압하거나 플라스틱 박막을 생산하는 것만큼 간단하지 않기 때문이다. 그래 핀은 아무리 커도 분자이다. 분자가 클수록 복잡할수록 생산하기가 더 어렵다는 것은 잘 알려져 있다. 즉, 그라핀의 생산은 탄소 원자 더미가 아니라 화학반응으로 합성된 것이다. 면적이 클수록 합성이 더 어려워집니다. 그러나, 마술은 1 피트 높이 1 피트 높이이다. 이제 우리는 그라 핀을 생산할 수있는 여러 가지 방법이 있습니다. 20 12 년 동안 일본 소니는 폭이 20 cm 이고 길이가 100 m 인 그라핀 복합두루마리를 생산할 수 있었지만, 이 재료의 가격은 금과 거의 같다. 그라핀이 미래에 광범위하게 응용될 수 있도록 생산 비용을 끊임없이 낮춰야 한다.

하지만 우리가 넓은 면적의 그라핀을 생산할 수 있다 해도, 우리가 방금 언급한 타이어는 만들 수 없다. (알버트 아인슈타인, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 스포츠명언) 우리의 이상적인 그라 핀은 결함이 없는 완벽한 구조이지만 실제로 생산되는 그라 핀은 다소 결함이 있으며 면적이 클수록 결함이 많아집니다. 넓은 면적의 완벽한 그라핀 소재는 아직 할 수 없고, 할 수 있다 해도 가격은 터무니없이 높아질 것이다. 완벽한 그래 핀 타이어는 확실히 가장 비싼 차보다 훨씬 비쌉니다. 우리 일반 소비자가 살 수 있는 것이 아닙니다. 동성선생님은 스파이더맨의 옷이 그라핀과 탄소 나노튜브로 만들어졌을 것이라고 상상했습니다. 관심있는 친구들은 옷이 지구상의 재료로 스파이더맨 옷의 기능을 어떻게 실현하는지 짐작할 수 있다. 시간을 찾고, 구현 방법에 대해 이야기 해 봅시다.

실제로 그라 핀 (graphene) 도 큰 플레이 공간을 가지고 있습니다.

어떤 친구들은 홀랑거리는 것 같다고 말할지도 모른다. 그래 핀은 전혀 적용 할 수 없으며 그렇지 않습니다. 그라핀은 견고할 뿐만 아니라 현재 이용할 수 있는 성질도 많다. 예를 들어 그라핀의 열전도도는 매우 강하다. 얼마나 강한가? 간단히 예를 들어 보겠습니다. 금속계에서 열전도율이 가장 강한 것은 은이고, 그 다음은 구리이다. 일반적으로 우리 노트북은 모두 구리로 CPU 와 비디오 카드에서 발생하는 열을 전달한다. 열전도도는 은보다 강하다. 만약 다이아 이 충분히 커서 작은 자 가 그렇게 길다면, 우리 는 손 으로 자 의 이 끝 을 잡고 다이아 의 다른 끝 으로 얼음 을 녹일 수 있다. 그라핀의 열전도도는 다이아 1.5 배, 즉 다이아 보다 강하다. 일부 휴대전화 업체들은 이미 그래핀 소재를 사용하여 휴대전화를 식히려고 시도하기 시작했다.

게다가, 그라핀은 전도성이 매우 뛰어나 현재 최고의 반도체 재료이다. 또한 그라핀 성질은 부드럽고 투명하여 유연성 있는 부품을 만드는 데 매우 적합합니다. 예를 들어, 그라핀 재질을 적용하여 구부릴 수 있는 태양 전지판을 생산할 수 있습니다. 그라핀은 플렉서블 스크린과 터치스크린을 만드는 데도 사용할 수 있어 넘어질까 봐 구부릴 수 없는 단점을 단번에 극복할 수 있어 앞으로 구부릴 수 있는 휴대폰이 많아질 것이다. 현재 각국은 모두 그라핀 유연성 칩 문제를 공관하고 있다. R&D 가 성공하면 많은 영화에서만 볼 수 있는 유연한 웨어러블 장비와 투명 휴대폰은 더 이상 꿈이 아니다. 중국 베이징대학교 연구팀은 탄소기반 칩을 개발하고 탄소나노튜브를 트랜지스터로 사용했다. 미래의 발전 방향은 그라핀을 기반으로 한 유연한 탄소 기반 칩을 개발하는 것이다.

그래 핀은 리튬 이온 배터리 용 전극 재료를 제조하는 데 사용될 수 있습니다. 기존의 흑연 소재에 비해 그래핀은 성능이 훨씬 우수하고 저장 용량이 더 크며 수명이 더 길다. 하지만 그라핀의 비용은 일반 흑연보다 훨씬 높기 때문에 배터리 비용에 큰 영향을 미친다. 앞으로 그라핀이 광범위하게 응용될 수 있을지는 그라핀의 생산 비용이 크게 낮아질 수 있느냐에 달려 있다. 그라 핀의 전도성은 더욱 강화 될 수 있습니다. 예를 들어, 전기 전도성을 전환시키기 위해 원소를 첨가하면 매우 좋은 도체가 되거나, 그라핀을 액체 헬륨에 넣으면 전기 전도성을 크게 높일 수 있다. 이것들은 모두 그라핀이 아주 좋은 응용 전망을 가질 것이라고 결정했다.

큰 덩어리의 그라핀은 용도가 광범위하지만, 작은 덩어리의 그라핀이 소용없는 것은 아니다. 먼저 그라핀 분말의 응용에 대해 이야기하겠습니다. 그라핀 분말, 기술적으로 그라핀 분말이라고 하며, 그라핀의 성질도 있어 광범위하게 응용할 수 있으며, 현재 이러한 응용은 이미 시장에 출시되고 있다.

그라핀 분말은 여전히 전도성과 열전도성이 양호하며, 그 구조는 여전히 매우 견고하여 쉽게 마모되지 않는다. 따라서 이러한 재질은 종종 다른 재질에 추가되어 다른 재질의 성능을 향상시킵니다. 예를 들어, 그라핀 분말을 윤활유에 추가하여 건설 기계에 더 나은 윤활 효과를 주고 기계적 손상을 줄일 수 있습니다. 그라 핀 코팅 부식 방지 효과가 더 좋습니다. 그라핀을 첨가한 옷, 페인트 또는 바닥은 전도성으로 인해 정전기 축적을 방지합니다. 난방용 내열 폴리에틸렌 플라스틱 튜브에 그라핀을 넣으면 열전도도를 높이고 열 활용도를 높일 수 있습니다. 그라핀은 옷에 추가되어 원적외선 복사 기능 등이 있다. 결론적으로, 그래핀 분말은 군사, 항공우주, 공사기계, 가정복, 환경관리, 의약 등에 광범위하게 적용될 수 있다. 나중에 몇 가지 응용 프로그램 시나리오를 소개하겠습니다.

셋째, 중국의 그라 핀 기술은 선도적 인 이점을 가지고 있습니다.

중국은 과학 기술 대국으로서 줄곧 과학 기술 분야의 배치를 중시해 왔다. 동성선생님은 우리나라가 전통과학기술 분야와 서구 선진국 사이에 일정한 차이가 있지만 많은 신흥 과학기술 분야에서는 중국이 세계 트렌드를 바짝 따르고 있으며, 심지어 일부 분야에서도 선두를 달리고 있다는 견해를 가지고 있다. 애국자로서, 우리는' 용과를 먹고 씨를 뱉어서는 안 된다', 매사에 완벽을 요구해서는 안 된다.

우리나라는 전통과학기술 분야 R&D 를 늦추지 않는 동시에 신흥기술에 대한 R&D 투자를 더욱 중시해 왔다. 예를 들어, 그라핀 재료 분야는 영국에서 가장 빠른 돌파구이지만 각국도 연구하고 있지만, 중국의 연구 성과는 매우 즐겁다. 국가 차원에서 그래핀 소재와 희토 소재를 미래 발전의 중점 산업 분야로 큰 정책 지원을 했다. 우리나라 연구원들이 발표한 그라핀 관련 논문 수가 세계 1 위로 미국보다 많은 것으로 집계됐다. 특허 수도 미국을 훨씬 넘어 세계 1 위다. 20 16 년부터 20 18 년까지 중국은 그라핀 특허 229 12 건, 미국은 84 1 건을 신청한 것으로 집계됐다. 수량면에서 우세는 여전히 뚜렷하다. 국내 각 업종이 그라 핀 재료에 얼마나 많은 관심을 기울이고 있는지 알 수 있다. 게다가 중국의 거대한 응용시장까지 합치면, 앞으로 중국이 탄소재료 혁명을 가장 빨리 완성할 수 있다는 것도 놀라운 일이 아니다.

국가 정책의 지도하에 국내 대량의 기업들이 그라핀 소재를 중심으로 업무와 연구 개발을 전개하여 관련 상품을 대량으로 판매한다. 물론, 이 제품들 중 일부는 우수한 기능성 제품으로 우리 생활에 편리함을 가져다 주고, 어떤 제품은 그라핀을 볶는 눈속임으로 선전하는 것만큼 신기하지 않다. 모두들 눈을 반짝이며 속지 않기를 바랍니다. 나중에 나는 속속 몇 가지 실제 응용을 소개할 것이고, 또한 일부 속셈을 반박할 것이다.