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세상에서 가장 얇지만 가장 강한 물질. 전자이동도가 실리콘의 140배, 열전도율과 허용 전류 밀도는 각각 구리의 100배, 1,000배에 달하는 물질. 이는 지난 2004년 처음 발견된 이래 나노소자ㆍ화학재료 분야의 최고 핫이슈로 떠오른 그래핀(Graphene) 소재를 일컫는 말이다.
그래핀은 흑연에서 벗겨낸 한 겹의 탄소원자 막으로 원자들이 6각형 벌집구조로 결합돼 있다. 마치 원통형인 탄소나노튜브(CNT)를 평면으로 펼쳐놓은 모습으로 CNT의 탁월한 전기적ㆍ물리적 특성을 지니면서 두께와 투명도는 CNT보다 뛰어나다. 또한 CNT와 달리 늘리거나 구부려도 전기적 성질이 변하지 않으며 제어도 상대적으로 용이하다. 때문에 플렉시블 디스플레이, 터치스크린, 초고속 반도체 소자, 고효율 태양전지, 투명전극, 초고용량 축전기 등 우리 삶의 혁신적 변화를 이끌 산업적 활용성이 무궁무진한 꿈의 신소재로 불린다.
한국화학연구원의 안기석 박사팀은 세계적으로도 톱클래스에 속하는 국내 그래핀 연구의 선두주자다. 안 박사는 "이제 그래핀 연구는 초기 물성 파악을 끝내고 원재료 제작과 가공 방법, 즉 산업적 연계를 위한 기능화ㆍ응용화 단계에 있다"며 "현 추세라면 오는 2015년 이후 그래핀을 채용한 초기 제품들이 출시될 수 있을 것으로 본다"고 밝혔다.
안 박사팀은 현재 고효율 그래핀의 제조와 산업화 공정기술 개발에 주력하고 있다. 특히 흑연을 박리해 제조한 그래핀파우더의 기능화 및 분산기술, 투명전극 패터닝, 대면적 그래핀 공정기술을 집중적으로 연구 중이다.
이 중 그래핀파우더는 인쇄전자 공정에 적용이 가능하도록 분산액 형태로 개발하고 있다. 안 박사는 "그래핀 분산액은 용액 속에 그래핀파우더가 얼마나 고른 간격으로 분포돼 있는지, 얼마나 오랫동안 그 상태를 유지하는지가 기술력의 척도"라며 "이미 3개월 이상 둬도 파우더가 가라앉지 않고 원래 상태를 유지하는 수준에 도달해 있다"고 설명했다.
이를 위해 연구팀은 그래핀에 특정 분자를 붙여 균일한 분산성을 확보했다. 분산액을 인쇄한 뒤 이 분자들을 제거, 그래핀만 남기는 형태의 공정이 전개되는데 우수한 분산성에 주목한 모 기업으로부터 기술이전을 요청 받은 상태다.
대면적 그래핀과 관련해서는 반도체 디스플레이를 주 타깃으로 삼고 있으며 올해 내에 패터닝 공정을 완성, 4~5인치(10.1~12.7㎝)급 터치스크린 시제품을 제작할 계획이다.
안 박사는 "현재 보유하고 있는 패터닝 기술은 공정의 단순성에서 확연한 특화점을 갖는다"며 "여타 연구팀들의 경우 4~5단계의 공정을 수행하지만 우리는 더 이상 단순화시킬 수 없는 2단계 일괄공정을 표방한다"고 강조했다.
안 박사의 목표는 2014년까지 관련 기술들을 더욱 고도화해 산업체에 기술이전을 완료하는 것이다. 그리고 그래핀에 기반한 차원복합형 신소재 연구에 다시 도전장을 던져볼 생각이다.
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