전자 응용 분야에서의 흑연 사용

그래핀은 과학자와 엔지니어들이 원자 수준에서 단층의 흑연이라고 부르는 물질이며, 이 얇은 그래핀 층은 말려 나노튜브로 사용됩니다. 이는 뛰어난 전기 전도성과 뛰어난 강도 및 강성 덕분에 가능한 것으로 보입니다.

오늘날 탄소 나노튜브는 길이 대 직경 비율이 최대 1억 3,200만:1에 달하며, 이는 다른 어떤 소재보다 훨씬 큽니다. 반도체 분야에서는 아직 비교적 새로운 분야인 나노기술에 활용되는 것 외에도, 대부분의 흑연 제조업체는 수십 년 동안 반도체 산업에 특화된 등급의 흑연을 생산해 왔다는 점에 주목해야 합니다.

2. 전기 모터, 발전기 및 교류 발전기

탄소 흑연 소재는 전기 모터, 발전기, 교류 발전기에도 탄소 브러시 ​​형태로 자주 사용됩니다. 이 경우 "브러시"는 고정된 전선과 여러 움직이는 부품 사이에 전류를 전달하는 장치이며, 일반적으로 회전축에 장착됩니다.

3. 이온 주입

흑연은 이제 전자 산업에서 더욱 빈번하게 사용되고 있습니다. 이온 주입, 열전대, 전기 스위치, 커패시터, 트랜지스터, 배터리 등에도 사용되고 있습니다.

이온 주입은 특정 물질의 이온을 전기장에서 가속하여 다른 물질에 충격을 가하는 일종의 함침(impregnation) 공정입니다. 이는 현대 컴퓨터의 마이크로칩 생산에 사용되는 기본 공정 중 하나이며, 흑연 원자는 일반적으로 이러한 실리콘 기반 마이크로칩에 주입되는 원자 유형 중 하나입니다.

흑연은 마이크로칩 생산에 있어 독보적인 역할을 할 뿐만 아니라, 흑연 기반 혁신 기술은 이제 기존 커패시터와 트랜지스터를 대체하는 데에도 활용되고 있습니다. 일부 연구자들은 그래핀이 실리콘을 완전히 대체할 수 있는 가능성이 있다고 주장합니다. 그래핀은 가장 작은 실리콘 트랜지스터보다 100배 얇고, 전기를 훨씬 효율적으로 전달하며, 양자 컴퓨팅에 매우 유용할 수 있는 독특한 특성을 가지고 있습니다. 그래핀은 최신 커패시터에도 사용되고 있습니다. 실제로 그래핀 슈퍼커패시터는 기존 커패시터보다 20배 더 강력하며(20W/cm³의 출력을 내며), 오늘날의 고출력 리튬 이온 배터리보다 3배 더 강력할 수 있습니다.

4. 배터리

배터리(건전지 및 리튬 이온)의 경우, 탄소와 흑연 소재가 중요한 역할을 해왔습니다. 전통적인 건전지(라디오, 손전등, 리모컨, 시계 등에 흔히 사용되는 배터리)의 경우, 금속 전극 또는 흑연 막대(음극)가 축축한 전해액 페이스트로 둘러싸여 있으며, 두 전극 모두 금속 원통 안에 캡슐화되어 있습니다.

오늘날의 현대식 리튬 이온 배터리도 흑연을 음극으로 사용합니다. 기존 리튬 이온 배터리는 기존의 흑연 소재를 사용했지만, 그래핀이 더 쉽게 이용 가능해지면서 그래핀 음극이 사용되고 있습니다. 그 이유는 크게 두 가지입니다. 1. 그래핀 음극은 에너지 보존력이 더 우수하고, 2. 기존 리튬 이온 배터리보다 충전 시간이 10배 빠르기 때문입니다.

충전식 리튬 이온 배터리는 최근 점점 더 대중화되고 있습니다. 가전제품, 휴대용 전자기기, 노트북, 스마트폰, 하이브리드 전기 자동차, 군용 차량, 그리고 항공우주 분야에도 널리 사용되고 있습니다.