꿈의 신소재 ‘그래핀’ 개발한계 어디까지?

 

 

 

 

KIST 전북분원, 470억 원 그래핀 상용화개발 총괄기관 선정
KIST 브레인 활용 ‘연구자문단 구성’…산학연 협동 극대화 시킨다

 

 

세상에서 가장 얇고 투명하며 휘어지면서 전자를 가장 빠르게 이동시키는 꿈의 신소재 '그래핀'. 그래핀의 상용화 프로젝트가 KIST전북분원을 중심으로 본격 가동될 방침이다.

 

산업통상자원부(장관 윤상직)는 지난 5월 21일 6년간 정부출연금 총 470억 원 내외의 규모로 그래핀을 상용화하는 프로젝트를 가동한다고 밝힌 바 있다. 이 프로젝트에는 41개의 산·학·연 기관이 5개의 컨소시움으로 나뉘어 활동 할 계획으로, KIST는 세부과제를 관리하는 ‘총괄사업주관기관’과 직접 ‘연구개발’하는 2가지의 역할을 동시에 담당한다.

 

 

 

 

연구개발 분야에서 KIST는 '그래핀을 이용한 다층복합필름' 개발(주관기관 상보)에 박차를 가할 계획이다. 이번 사업의 총괄을 맡은 박 민 소프트혁신소재연구센터장은 "'그래핀을 이용한 다층복합필름'은 기체나 수증기를 차단시키는 필름으로 식품포장재나 태양전지, OLED(유기발광다이오드) 등의 개발에 필요하다"며 "대면적 그래핀 소재를 합성하고 전사하는 공정을 개발할 것"이라고 말했다.

 

총괄기관의 역할로서는 과제 목표관리, 사업평가뿐 아니라 내부 연구자를 활용해 ‘연구자문단’을 구성하여 41개 기관에 대한 기술해석지원과 연구공간대여, 연구장비 등을 지원한다. 총괄기관이 각 기관에 기술해석을 지원 하는 것은 이례적인 일로, 이 같은 활동을 통해 산·학·연간 연구협동과 융합을 도모할 수 있을 것으로 기대된다.

 

 

 

 

그렇다면 연구자문단은 어떻게 구성될까. KIST는 내부 우수연구자 노하우를 활용한다는 방침이다. 실제로 KIST 전북분원은 탄소관련 연구개발을 전문으로 하는 박사급 연구원 28명을 보유하고 있으며, 친환경그래핀 박리기술은 기존 화학적 박리기술이 환경적으로 문제를 일으킬 때 대체할 수 있는 기술로 국내에서 단독 연구개발하고 있다. 또 300여 편의 탄소관련 SCI논문을 발표해 외국 연구자들에게 인용되는 등 우수한 연구역량을 보유하고 있다.

 

현재 그래핀 분야는 상업화 초기단계로 선진 각국은 원천기술과 응용기술, 제품화를 동시다발로 진행하는 등 세계시장 선점과 신산업 창출을 위한 국가차원의 지원체계가 구축되고 있다. 그야말로 연구전쟁. 이에 KIST의 성과와 노하우, 브레인을 활용하면 원천기술개발, 응용기술개발, 제품화를 한꺼번에 수행하는데 큰 역할을 할 것으로 기대된다.

 

이 외에도 과제에 참여하는 삼성테크윈은 터치패널 개발을 주도하고, ETRI(한국전자통신연구원)는 OLED패널, 창성은 전자파차폐 코팅제 분야를, 포스코는 내식성 코팅제 분야 R&D를 진행한다.

 

그래핀, 기술개발 난제 많지만…성공하면 대박!

 

 

"그래핀이 상용화되면 다양한 제품에 활용 가능해 파급효과가 클 것으로 예상된다. 그러나 그래핀을 대량으로 확보할 수 있는 기술이 현재 미흡한 점 등 기술적인 난제가 많아 다분히 많은 노력이 필요하다."

 

그래핀은 유연, 투명하면서도 전선의 구리보다 100배 이상 전기를 잘 통과시킬 뿐 아니라 반도체 주 성분인 실리콘보다도 100배 이상 빠르게 전자를 이동시킨다. 그래핀을 이용하여 반도체 회로 및 소자로 만들면 나노수준의 초소형화도 가능해 웨어러블 컴퓨터 등의 소프트 일렉트로닉스용 전자기기의 초고속화·초소형·경량화를 실현시킬 수 있을 것으로 기대된다. 또한 그래핀은 강철보다 강하며 어떠한 기체도 통과시키지 않는다.

 

이 같은 장점으로 그래핀은 올해 유럽의 미래 먹거리 6개 과제 중 1위를 차지했다. 박 센터장은 "유럽은 그래핀 개발에 1년간 1억 유로를 10년 동안 투자할 계획이며, 영국도 5년간 900억원을 투자할 계획을 갖고 있다"고 설명했다.

 

 

 

 

그러나 그래핀 개발에는 난제(難題)도 존재한다. 원하는 제품을 만들기 위한 적합한 구조를 갖는 그래핀을 대량으로 저렴하게 확보할 수 있는 기술이 부족하다는 점이다. 박 센터장은 "신소재로 불렸던 탄소나노튜브도 10여 년간 연구했으나 단일벽 탄소나노튜브를 대량으로 생산하는 기술 개발이 미흡하여 응용기술이나 제품화기술이 더뎠다"며 "그래핀도 마찬가지다. 적합한 구조를 가지면서 대량으로 확보할 수 있는 기술이 없다. 그래핀의 놀라운 물성을 응용하기 위한 원소재적인 기술개발이 앞으로도 중요할 것"이라고 설명했다.

 

 

 

한편, 전북도는 KIST 사업총괄선정이 전북도가 육성하고 있는 탄소밸리사업과 함께 시너지효과 발생 및 탄소소재산업의 메카로 자리 잡는 계기가 될 것으로 기대하고 있다. 박 센터장은 "전북도가 탄소밸리사업을 추진 중인 만큼 이번 사업을 통해 기초원천기술을 연구해 미래의 먹을거리를 만들 수 있을 것으로 예상된다. 연구지원 자문단을 구성해 분석인프라지원과 성과관리 등 각 세부과제가 성공할 수 있도록 최선을 다할 것"이라고 말했다.