보조 개념: Graphene, CNTs에서의 piezoresistivity

Graphene과 Carbon nano tubes(CNTs)은 전기적 특성이 매우 우수한 것으로 알려져 있다.

Graphene과 CNTs의 주성분은 탄소로 다이아몬드나 흑연과 동일한 성분이다. 탄소는 일반적으로 sp3의 혼성 결합으로 매우 강하게 주변의 탄소와 결합을 한다. (CNTs는 graphene이 튜브 형태로 말려있는 것을 의미한다.) 하지만 graphene이나 CNTs는 2차원 배열로 sp3의 결합이 모두 채워지는 것이 아니라 1개의 결합이 남은 상태로 자유롭게 움직일 수 있는 전자를 추가적 내놓게 된다. 따라서 매우 우수한 전기적 특성을 갖게 된다.

하지만 CNTs가 변형을 받게 될 경우, 한 쪽 면에 있던 탄소 분자들이 반대편의 분자들과 인접하게 된다. 이 때 해당 부분의 sp2 결합이 인접한 반대의 분자들과 결합을 하면서 sp3 결합을 이루게 된다. 따라서 carrier의 개수가 줄어들게 되며 전기적 특성이 떨어지게 된다. (아래 그림, 빨간 원자는 변형이 일어난 뒤 sp3 결합을 이루는 원자이다.)

따라서 CNTs와 graphene의 경우 재료 자체가 심한 압력을 받게 될 경우, 물질 자체의 비저항값이 증가하게 되며 ρ가 변화하는 piezoresistive 특성을 띠게 된다.

출처

[1] 분자 구조 사진 : http://what-when-how.com/nanoscience-and-nanotechnology/fulle renes-and-carbon-nanotubes-nanotechnology/
[2] T. W. Tombler et al., 2000, Nature, 405,769