"꿈의 소재"로 불리는 그래핀은, 원자 하나분의 두께 밖에되지 않은 탄소 원자 시트이기 때문에, 종종 "세계 최초의 2차원 물질"이라고 불리고있다. 그런 그래핀의 연구를 통해, 실은 그래핀은 3차원적인 특성도 겸비하고 있는 것으로 밝혀졌다.
그래핀이라는 것은, 탄소 원자가 육각형으로 결합 된 벌집 구조를 한 시트로, 투명하고 부드러우면서도 다이아몬드보다 강하고, 열전도성이나 전기 전도성도 모든 재질에서 최고의 높은 성질이 있다. 따라서 배터리의 용량과 콘크리트의 강도를 배가하고, 얅은 유기 EL 디스플레이의 소재와 해수를 담수로 변환하는 필터 등 다양한 용도로의 응용이 기대되고 있으며, 최근에는 부러진 뼈 대신이나, 모기를 막을 수있는 보호막으로서의 용도도 발견되었으며, 그래핀은 바로 무한한 가능성을 가진 "꿈의 소재"라고 말할 수 있다.
그런 그래핀 관련 연구를하고 있던 런던 대학 퀸 메리 대학의 Yiwei Sun 교수들의 연구그룹은, 그래핀과 그래핀이 층상으로 겹쳐진 구조를 가지는 흑연(그라파이트)에 압력을 가해, 변형된 크기에서 강성을 조사하는 실험을 실시했다. 이 실험에서는, "같은 압력 하에서 흑연보다 그래핀이 더 단단하다"라는 결과가 나왔지만, 이것은 이론적으로 도출 된 예측에 반하는 것이었다.
그래서 연구팀은 "그래핀이 압력을 측정하는 기판에 붙어버려, 실제보다 단단하다라는 결과가되어 버린것은 아닐까"라고 추측했다.
위의 가정을 바탕으로 Sun 교수는, 가열에 의해 겔화 한 아크릴 수지 시료를 혼합하여, 고정되지 않은 상태의 물체를 광학적으로 분석하는 "고압 라만 산란 측정(high pressure Raman measurements)"을 실시하여 고압 하에서 그래핀의 움직임을 조사했다.
그 결과, 그래핀과 흑연은 거의 같은 강도로 단단하다는 것을 확인한 것. 그러나 여기에서 "두께가 원자 한개 분량의 그래핀이 압력으로 왜곡 한 흑연과 동일 한 것은 뭔가 이상하다"라는 새로운 의문이 탄생.
원자는 실제로 공 같은 입자가 아니라 원자핵 주위를 전자가 구름처럼 덮고있는 부정 형 물체이므로, 정확한 두께를 계산 할 수 없다. 한편, 그래핀이 100층 정도로 겹쳐져있는 흑연의 두께 측정이 가능하므로, 그래핀 100층으로 이뤄진 흑연의 두께를 100으로 나누면, 그래핀의 두께를 계산 할 수 있다.
연구진에 따르면, 이렇게 산출 된 그래핀의 두께, 즉 탄소 원자 하나의 지름은 약 0.34nm 셈이라는 것. 또 다른 방식에서는, 변형과 응력의 비례 상수인 영률과 열전도율의 두께를 계산하는 것이 가능하고, 그 경우 두께는 0.066nm까지 축소. 그러나 Sun 교수는 "어떠한 방법으로 산출 한 두께도 그래핀의 변형에 의해 발생하는 두께의 변화를 설명 할 수 없다"고 말하고있다.
이 때문에, Sun 교수는 "그래핀은 탄소 원자가 평면으로 결합되어있는 것이 아니라, 상하 방향으로 돌출 된 구조만큼의 두께가있다"고 추측. 매우 얇으면서도, 그래핀은 2차원이 아닌 3차원적인 구조를 가지고 있다고 결론을 내렸다.
또한, "같은것이 그래핀과 마찬가지로 2차원 소재로 알려져있는, 이황화 몰리브덴 및 질화 붕소에도 들어맞는다고 생각합니다. 그러한 의미에서는 지금까지 2차원 소재라고 알려져 온 것은 다 3차원 소재라는 것입니다"라고 말하며, 나노 스케일의 세계에서 그래핀은 심지어 3차원적인 두께를 가진 존재다라는 견해를 나타내고있다.
