꿈의 신소재 '그래핀' 양산 눈앞

이효영 성균관대 화학과 교수가 그래핀이 환원 생성되는 과정을 연구원들과 함께 확인하고 있다.

국내 연구진이 실리콘 반도체를 대체할 꿈의 신소재로 주목 받는 그래핀(Graphene)을 상온에서 대량 생산할 수 있는 방법을 개발했다. 기존 생산방식에 비해 제조원가가 싸고 품질도 우수한데다 대량생산이 가능해 그래핀 상용화를 크게 앞당길 것으로 전망된다. 성균관대 화학과 이효영(46) 교수팀은 지금까지 시도되지 않은 새로운 환원제(요오드산)를 이용해 상온공정으로 불순물이 없는 고품질의 그래핀을 대량 생산할 수 있는 방법을 개발했다고 26일 밝혔다. 이 연구 결과는 세계적 과학저널 ‘네이처(Nature)’의 자매지인 ‘네이처 커뮤니케이션’에 최근 게재됐다. 육각형의 탄소화합물인 그래핀은 실리콘 반도체보다 전도도가 100배 이상 빠르고 다이아몬드보다 2배 이상 단단해 차세대 전자소재로 각광받고 있다. 셀로판지보다 얇은 두께의 컴퓨터 모니터나 시계처럼 찰 수 있는 휴대폰, 종이처럼 접어 지갑에 휴대할 수 있는 컴퓨터 등의 소재로 활용될 것으로 전망된다. 그래핀은 주로 화학증기증착법(CVD)과 환원제를 이용한 화학적 방법으로 생산된다. 화학증기증착법은 고품질의 그래핀을 만들 수 있지만 섭씨 1,000도 이상의 고온에서 생성시켜야 하기 때문에 제조시간이 길다. 환원제를 통한 화학적 방법은 흑연(graphite)을 산화시켜 잘게 쪼갠 뒤 환원제를 넣어 그래핀으로 환원하는 방식으로 이 교수팀은 요오드산(HI)이라는 환원제를 사용해 섭씨 40도의 상온에서 불순물이 거의 없는 고품질 그래핀을 대량 합성하는 데 성공했다. 이 교수는 “화학증기증착법에 비해 낮은 온도에서 짧은 시간에 많은 그래핀을 만들 수 있기 때문에 가격 경쟁력이 있다”면서 “앞으로 그래핀을 전자재료로 활용할 기업들이 이 생산방법을 선호할 것”이라고 설명했다. 연구팀은 국내특허를 출원하고 미국ㆍ유럽ㆍ일본 등 국외특허 출원을 진행하고 있으며 기술이전도 계획 중이다. 국내의 한 염료감응 태양전지 업체가 관심을 보이고 있다. 현재 삼성전자ㆍLG화학 등 국내 반도체ㆍ화학업체들은 평판 디스플레이와 터치스크린ㆍ태양전지 등에 널리 쓰이는 투명전극인 산화인듐주석(ITO)을 대체할 차세대 반도체 소재로 그래핀을 주목하고 연구개발을 강화하고 있다. 특히 그래핀은 투명하고 잡아당기거나 휘어도 전기적 특성이 변하지 않아 투명전극으로 먼저 상용될 것으로 기대된다. 전세계 투명전극 시장은 지난 2008년 7조7,000억원에서 오는 2018년 22조원으로 성장할 것으로 추정된다. 이 교수는 “그래핀 투명전극을 사용한 터치스크린은 5년 내 상용화가 가능할 것으로 본다”면서 “현재의 기술개발 속도를 감안할 때 휘어지는 컴퓨터 등도 10년 내에 생산할 수 있을 것”이라고 내다봤다.