Liquid crystal is the mesomorphic ordered state of anisotropic particles that bears liquid-like fluidity as well as crystal-like ordering. Liquid crystals of carbon based materials have been of particular technological significance. Liquid crystalline processing of carbon nanotubes as well as mesophase pitch, has been employed for highly oriented carbon fiber production. Discotic liquid crystals of graphitic hydrocarbons are promising building blocks for advanced electronics and optoelectronics. Here we present graphene oxide liquid crystal as a new class of carbon based liquid crystal. Aqueous dispersion of fully exfoliated graphene oxide sheets produced from natural graphite demonstrates nematic liquid crystals. Complete nematic transition occurred at a routinely attainable concentration of ~0.7 wt%. The electrostatic repulsion from surface functional groups along with the ultralarge anisotropy of graphene oxide sheets, dominates the phase behavior. The liquid crystallinity persisted upon decorating graphene oxide with nanoparticles, or dissolving a polymer component into aqueous media. External magnetic field or flow field could successfully control the orientation of graphene oxide liquid crystals or its polymer composites
본 연구에서는 대량 생산이 가능한 그래핀의 전구체로서 뿐만 아니라 그 자체로도 복합재료나 필름 형성성으로 인해 큰 관심을 받고 있는 그래핀 옥사이드가 콜로이드 형태로 안정적으로 물에 분산 되었을 때에 특정 농도 이상에서 네마틱 액정을 이루며, 이는 기존에 그래핀 학계에 알려진 바와 같이, 단순한 침전이나 응고가 아니라는 것을 밝히고, 그래핀 옥사이드를 복합 재료화 하였을 때에도 안정적으로 그 액정성이 유지 되어 거시적 방향 조절에 용이하다는 것을 밝히는 데에 그 목적이 있다. 액정 (Liquid crystal)은 액체의 유동성 (Fluidity)과 결정의 이방성 (Anisotropic) 모두의 특성을 지니고 있는 물질상태이다액정을 이루고 있는 기본 단위를 메소젠(Mesogen) 이라고 하는데 Mesogen은 이방적인 형태 때문에, 이로 인한 광학적 (Optical) 이방성 및 유전적 (Dielectric) 이방성 등의 특성이 나타난다. 유전적 이방성이나 Mesogen의 모양으로 인해 액정은 외부 장에 의해 쉽게 배열이 되는데, 외부 장을 가하여 Mesogen을 전체적으로 한 방향으로 정렬시켰을 때에 Mesogen 각각이 가지는 이방성이 거시적으로 드러나게 되어, 빛의 편광된 방향을 바꾸거나, 기계적 특성이 한쪽으로 강하게 나타나게 하거나 하는 역할을 할 수 있다. 이 때문에 재료에 어떤 이방적인 특성을 부여하거나 외부장을 이용하여 방향성을 조절하기 위해 액정 성질을 띄도록 만드는 경우가 많다. 그 대표적인 예가 LCD(liquid Crystal Display)와 섬유인데 LCD의 경우 전기장을 이용하여 Mesogen의 방향을 바꿈으로 백라이트의 빛이 통과하게도, 하지 못하게도 하는 것이다. 섬유의 경우 축 방향의 기계적 물성이 다른 방향의 기계적 물성보다 훨씬 크게 요구되기 때문에 액정성질을 갖는 물질 자체로 섬유를 만들거나 Filler 로서 복합체를 만들어 재료를 강화한다. 따라서 어떤 재료가 액정성을 가진다는 것은 재료의 방향성을 쉽게 조절할 수 있을 뿐 아니라, 방향에 따라 거시적으로 기계적, 광학적, 전기적 특성 등이 다른 재료를 쉽게 만들 수 있음을 의미하기 때문에 공정적으로도 중요한 발견이다.
