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세렌디피티(serendipity)는 ‘뜻하지 않은 행운’이라는 의미를 가진 말이다. 과학연구에서는 연구 중 벌어진 엉뚱한 실수가 오히려 중대한 발견이나 발명으로 이어지는 경우를 말한다. 최근 주목받고 있는 2차원 신소재인 그래핀(graphene)과 맥신(MXene) 역시 실험실에서 세렌디피티를 통해 발견된 것이다. 그래핀과 맥신은 그 소재 특성 때문에 ‘꿈의 소재’라는 별칭을 얻게 되었으며, 우리 일상을 크게 변화시킬 잠재력을 가지고 있다.

그래핀은 탄소 원자로 만들어진 물질로, 평면 벌집 모양의 구조를 가지고 있다. 2001년 영국 맨체스터대 교수팀은 스카치테이프에 묻은 쓰레기통에서 그래핀을 우연히 찾아냈다. 이후 그들은 스카치테이프를 흑연에 붙였다 떼었다 하는 작업을 수없이 반복하며 그래핀에 대한 연구를 진행했고, 2010년에는 노벨 물리학상을 수상하게 되었다.

그래핀은 현존하는 소재 중에서 가장 얇은 물질이지만, 전기전도도는 구리의 100배 이상 높으며, 기계적 강도는 강철의 200배 이상이다. 두께가 ㎜ 수준인 그래핀 시트는 2톤짜리 자동차를 지지할 수 있다. 반도체 분야에서는 실리콘 대체 소재로 주목받고 있으며, 2차전지 분야에서도 배터리 성능을 개선할 수 있는 물질로 연구가 활발하게 이루어지고 있다.

또한, 그래핀 이후 주목받는 2차원 물질로는 2011년에 발견된 맥신이 있다. 이 소재는 전자파 차폐 부분에서 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 향후 5세대(5G) 통신, 자율주행, 도심 항공 이동(UAM) 등에서 발생할 수 있는 전자파 간섭을 효과적으로 제어할 수 있는 물질로 기대된다. 그래핀과 마찬가지로 맥신도 우수한 전기적 특성을 가지고 있어 2차전지, 태양전지 등의 전극 소재로 주목받고 있다. 맥신은 탄소 원자가 아닌 다양한 전이 금속으로 이루어져 있기 때문에 그래핀과 다른 특징을 가지고 있다.

세렌디피티를 통해 발견된 그래핀과 맥신은 과학 기술의 발전과 일상 생활의 변화를 이끌어낼 기대가 큰 소재들이다. 그들의 다양한 응용 분야에서의 활용은 더 나은 미래를 위한 핵심 기술로 주목받고 있으며, 이를 통해 우리 일상이 크게 변화할 것으로 기대된다.

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