그래핀과 나노구조 탄소재료의 열적 성질

전문가 제언

○ 전자장치에서 발생하는 열의 문제는 장치의 크기가 작아질수록 더 심각해진다. 그래핀은 다른 어떤 흑연 동소체들보다 열전도도가 크기 때문에 전자장치의 효과적인 열 분산자(heat spreader)로 이용할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 그러나 그러기 위해서는 그래핀의 열적 성질을 상세히 이해할 필요가 있다.

○ 기존의 측정법들은 3D 시편의 두께 방향으로 열전도도를 측정하지만, 그래핀은 단원자 층의 2D 재료이므로 면내의 열 흐름을 측정해야 한다. 또 그래핀은 너무 얇기 때문에 자유상태로 열전도도를 측정하는 것이 매우 어렵다. 캘리포니아대의 S. Gosh 등은 레이저광으로 시편을 가열하는 광열라만분광분석법(optothermal Raman spectroscopy)을 고안하여 자유상태는 물론 기판 위에 부착된 상태의 그래핀의 열전도도를 측정하는 데 성공하였다.

○ 위 방법으로 측정한 자유상태의 그래핀의 열전도도는 최고 5000W/(mK)로서 HOPG(highly oriented pyrolytic graphite)의 ~2000W/(mK)보다 훨씬 높았다. 또 SiO2/Si 기판 위에 부착시킨 상태의 측정치는 ~600W/(mK)로 낮았지만, 전자장치에 박막형태로 부착시키는 Cu의 250W/(mK)나 Si의 10W/(mK)보다는 훨씬 높았다. 이 사실은 그래핀의 열 분산자로서의 실용화 가능성을 보여준다.

○ 그래핀이 두꺼워지면 열전도도가 급격히 감소하므로 우수한 열전도도를 효과적으로 이용하기 위해서는 기판에 단원자 층의 그래핀을 코팅하는 것이 유리하다. 최근 Berkeley Lab의 Molecular Foundry는 수십 ㎛ 사방의 비교적 넓은 절연체 표면에 CVD법으로 단층 그래핀을 코팅하는데 성공하여 그래핀의 실용화에 한 걸음 다가섰다.

○ 그래핀의 양산공정 개발, 30“ 대 면적 그래핀의 제조 등 국내의 그래핀 연구는 응용 분야에서는 세계적 수준이지만, 기초연구 분야에서는 눈에 띄는 성과가 보이지 않는다. 그러나 궁극적으로 응용분야 발전의 기반이 되는 것은 기초연구이므로 우리도 그 방면에 더 큰 노력을 기울일 필요가 있다.

저자

Alexander A. Balandin

자료유형

학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2011

권(호)

10

잡지명

Nature Materials

과학기술
표준분류

재료

페이지

569~581

분석자

심*주

분석물

• 그래핀과 나노구조 탄소재료의 열적 성질.pdf [267,404 byte]

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