그래핀의 원자 구조 그려 보기

그래핀은 노벨상이 나온, 사람들에게 잘 알려진 물질입니다. 여러 응용 가능 산업 분야가 있어 많이 들어 보셨을 겁니다. 이번 포스팅에서는 전에 알려드린 VESTA를 이용해서 그래핀의 원자 구조를 그려보겠습니다.

그래핀의 구조

그래핀은 벌집 모양의 구조를 가지고 있습니다. 
연필에 쓰이는 흑연에서 원자 층 하나를 분리를 분리하면 바로 그래핀입니다.
그래서 원자 한 층 두께의 2차원 물질이라고 합니다.

VESTA에서 직접 원자 구조의 정보를 입력하여 그래핀을 그릴 수도 있지만, 이것은 결정 구조에 대한 지식이 필요합니다. 그래서 관련 지식이 전혀 없는 분들을 위해 데이터베이스에서 이미 만들어진 구조 파일을 다운로드하여서 그려보는 방법을 알아보겠습니다.

 

 

데이터베이스에서 그래핀 구조 검색

우리가 이용할 데이터베이스는 Materials Project입니다. 분자 6만4천개, 무기화합물이 14만 개 넘게 있다고 합니다.
다음 링크로 접속합니다: https://materialsproject.org/

로그인은 구글이나 SNS 계정으로 가능하고, 아니면 계정 가입을 하면 됩니다.
그러면 아래와 같이 주기율표 검색창이 나옵니다.

그래핀은 탄소(C)로만 이루어지니까 주기율표에서 탄소를 클릭하고 Search를 누릅니다.
그러면 탄소로 이루어진 물질들의 리스트가 나옵니다.
여기서 그래핀은 10번째 (mp-1040425)입니다. 
6번째 mp-48은 흑연의 구조이고요.

클릭하면 해당 물질의 페이지로 가는데,
기본적인 원자구조 플러그인으로 구조를 볼 수 있습니다.

이제 해당 원자구조 파일을 다운로드 하려면 먼저 파일 포맷을 선택합니다.
아래 그림에 제일 아래 있습니다.
보이는 5개 포멧 모두 VESTA에서 가능합니다.
저는 CIF 형식으로 선택하겠습니다.
포맷 선택 후에 옆에 다운로드 버튼을 클릭하면 파일을 다운로드합니다.
ZIP로 다운로드되니 압축을 풀어야 합니다.

 

 

VESTA에서 그래핀 원자구조 그리기

파일을 다운로드했으면 이제 VESTA에서 열면 됩니다.
파일을 바로 드래그해도 되고 열기 메뉴에서 해도 됩니다.
파일을 열면 아래와 같은 구조가 그려집니다.
아직 벌집 모양은 안보입니다.

여기서 결정 구조에 대한 약간의 지식이 필요한데요.
선으로 그려진 박스 같은 것을 단위 셀(unit cell)이라 하는데
이 단위 셀이 반복되는 것이 실제 원자 구조입니다.

VESTA에서 단위 셀을 반복해서 그리려면 왼쪽 아래 boundary를 클릭합니다.
그러면 메뉴가 나오는데 range를 조정해 보시기 바랍니다.
(1로 된 숫자를 5로 바꿔 보시면 단위 셀을 5번 반복해서 그리는 것을 볼 수 있습니다.)

VESTA에서는 원자의 색깔, 질감, 그리고 결합의 스타일 등을 바꿀 수 있습니다. 

익숙해지면 거의 모든 형태의 원하는 그림을 그릴 수 있으니 배워 보시기 바랍니다.