나노 재료

그래핀의 구조와 성질에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?

  1. A탄소 원자가 sp³ 결합으로 사면체 모양으로 연결된 단원자층이며, 다이아몬드와 마찬가지로 전기가 통하지 않는 절연체이다
  2. B탄소 원자가 sp² 결합으로 육각형으로 배열된 단원자층이지만, 양자 크기 효과로 1 eV 이상의 큰 밴드갭을 가지는 반도체이다
  3. C탄소 원자가 sp² 결합으로 육각형(벌집) 모양으로 배열된 단원자층으로, 밴드갭이 거의 0이며 면내 전자 이동도가 매우 높다
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정답: C. 탄소 원자가 sp² 결합으로 육각형(벌집) 모양으로 배열된 단원자층으로, 밴드갭이 거의 0이며 면내 전자 이동도가 매우 높다

그래핀은 그래파이트의 한 층만 떼어 낸 것으로, 탄소 원자가 sp² 혼성의 강한 공유 결합으로 벌집 모양의 육각형 그물을 이루고 있습니다. 전도대와 가전자대가 브릴루앙 영역의 K점과 K′점에서 점으로만 맞닿기(디랙 원뿔) 때문에 밴드갭이 거의 0인 반금속적 성질을 보이며, 캐리어 이동도가 실온에서도 매우 높아집니다. 면내의 sp² 결합은 매우 강하므로 면내 강도나 탄성률, 열전도율도 높은 값을 보입니다. sp³ 사면체 결합으로 절연체가 되는 것은 다이아몬드의 특징입니다. 또한 깨끗한 단층 그래핀은 1 eV급의 밴드갭을 가지지 않습니다. 갭을 열려면 폭이 좁은 나노리본으로 만들거나, 2층 그래핀에 수직 전계를 거는 등의 방법이 필요합니다.

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