#16 해설
2019년 입법고시 PSAT 언어논리
문제 번호 선택
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다음 글에 대한 추론으로 옳지 않은 것은?
풀러렌, 탄소나노튜브, 그래핀 등 흑연의 결정구조를 지닌 탄소나노소재들은 20세기 말에서 21세기 초에 걸쳐 약 10년 정도의 간격을 두고 연이어 발견되면서 수많은 과학자들의 관심을 받게 되었다.
그 중에 풀러렌과 그래핀은 발견된 지 얼마 되지도 않았음에도 그 발견자들에게 노벨상이 안겨지기도 하였다.
많은 나노소재들 중에서 이들이 그토록 큰 주목을 받는 이유는 구조가 간단하거나 지구상에서 가장 흔한 원소 중 하나인 탄소로 이루어져서만은 아니다.
이들은 흑연결정의 기본구조인 탄소들의 육각형 공유결합 형태를 가지면서 뛰어난 전기전도성, 화학적 안정성, 열전도성, 그리고 기계적 물성을 가지고 있다.
이 물질들 중에서도 가장 늦게 발견된 그래핀(2004년도 발견)은 현재 물리, 화학, 생물, 화공, 소재, 전자, 기계 분야에서 가장 연구가 활발히 진행되고 있는 물질에 속하며 세계 각국은 그 장래성으로 인해 상업화를 위한 투자를 활발히 진행하고 있다.
위에 언급된 세 가지 탄소나노소재 중 그래핀이 현재 유별난 인기를 누리는 이유는 가장 최근에 발견되기도 했지만, 기본적으로 우리 주위에서 흔히 구할 수 있는 흑연으로부터 쉽게 추출할 수 있기 때문에 실험이 용이하며 또한 향후 상업화 시에 값싸고 풍부하게 생산이 가능하기 때문으로 여겨진다.
그래핀은 탄소 분자들이 층상구조를 이루고 있는 흑연의 한 층이 곧 분자에 해당되지만, 그 물성은 흑연과는 다른 특성을 보이고 있다.
이로 인해 기존에 흑연이 사용되던 응용처와는 상당히 다른 분야에 그래핀이 사용될 것으로 예상되고 있다.
그래핀은 탄소원자들이 벌집모양인 육각형의 공유결합을 통해 평면방향으로만 연결되어 있는 2차원 나노소재의 하나이다.
탄소간의 강한 전자공유로 강력하게 결합되어 있는 물질은 일반적으로 뛰어난 강도를 나타낸다.
지금까지 가장 단단하고 강한 물질로 알려진 다이아몬드의 파괴강도가 60GPa인 데 반해 그래핀의 파괴강도는 130GPa로 현재 널리 쓰이는 강철의 약 100~200배 정도에 이른다.
또한, 일반적으로 열 전도는 원자의 진동에너지가 빠르게 전달될수록 원활히 일어나는데, 그래핀은 탄소끼리의 강한 결합으로 인해 더 빠르게 진동에너지를 전할 수 있다는 특성을 가진다.
그래핀은 그 자체적으로도 구조재료로 사용될 수 있으나, 고분자 수지나 플라스틱 복합재료의 첨가제로 사용됨으로써 순수물질의 기계적 성능을 월등히 증가시킬 수 있다.
최근의 연구결과에 의하면 박리된 그래핀을 폴리프로필렌에 약 2%(중량비) 첨가했을 때 순수 폴리프로필렌에 비해 탄성계수는 약 100%가 증가하였으며 강도는 약 60% 정도가 향상된 것이 보고되었다.
이 때 그래핀 자체보다는 그래핀을 산화시켜 만든 산화그래핀을 첨가제로 사용할 때 좀 더 나은 기계적 특성을 보인다.
이는 순수한 그래핀은 표면에 기능기(공통된 화학적 특성을 지닌 한 무리의 유기 화합물)가 없으므로 고분자 수지와 강한 화학적 또는 물리적 결합을 형성하기가 어렵기 때문으로 사료된다.
① 산화그래핀의 표면에는 기능기가 존재할 것이다.
② 그래핀의 인기는 그래핀 추출 원료의 특성에 기인한다.
③ 풀러렌은 그래핀보다 일찍 발견되었기 때문에 관련 연구가 더 많다.
④ 탄소들의 결합이 강해지면 열전도성이 향상될 것이다.
⑤ 탄소로 구성된 물질 간에도 물성의 차이가 존재할 것이다.
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