21세기 과학기술계와 산업계에서 가장 주목하는 소재 중 하나가 그래핀이다.
그래핀은 2004년 영국 맨체스터대학교 노보셀로프와 가임 교수 그룹이 발견했다. 원자 단위의 2차원 구조에 우수한 전기, 기계, 광학적 성질을 지녀 초기 학문적 관심을 넘어 현재 응용기술 연구와 상용화, 산업화 기술개발이 한창이다.
22일 열린 재료연구소 소재융합 정기세미나에서 전자부품연구원 전자소재응용연구센터의 양우석 책임연구원은 “그래핀 적용 소재는 산화인듐전극(ITO) 등 각종 전자 소재보다 우수한 전파장 투과도와 전기 전도도를 갖는다. 그래핀을 산업화 수준으로 양산할 수 있으면 투명전극으로 응용 가능성이 가장 높다”고 말했다.
그래핀 제조는 발견 초기에는 기계적 박리법으로 수십 마이크로미터 수준의 결정을 추출하는 수준이었다. 하지만 기존 소재 대비 탁월한 전하이동도 등 특성 때문에 차세대 반도체 소재로 각광 받았다.
2009년 열화학증기증착법(Thermal Chemical Vapor Deposition)으로 대면적 그래핀 제작이 가능해져 반도체 소자 외에 타 분야로까지 응용 연구가 확대 진행되고 있다.
대면적 그래핀 양산에는 대면적 고속 합성 장비와 고속 동박 최적화 기술 등이 필요하다. 여기에 그래핀 전도도 개선과 대면적 그래핀 패터닝 기술이 더해지면 고전도 투명전극으로 응용 가능성이 열린다. 이어 투명전극 패터닝과 그래핀 최적화, 터치 센서 제작, 터치패널 모듈 기술을 융합하면 차세대 디스플레이로 불리는 플렉시블 터치패널 개발이 가능할 것으로 전망된다.
실제로 기존 산화물 기반 투명전극이 깨지기 쉬운 반면에 탄소 간 공유결합으로 이뤄진 그래핀은 우수한 신장률을 기반으로 유연성이 높아 전자기기용 플렉시블 투명전극 소재로 안성맞춤이다.
국내는 2009년 단위 면적 2㎝ 이상의 그래핀 제조에 이어 2010년 그래핀 터치패널 동작 시연, 전도도 개선 기술이 나왔고, 2011년에는 고속 대면적 그래핀 생산기술 개발에 성공했다.
해외에서는 일본 소니가 롤 프로세스 방식의 대면적 그래핀 합성제조 기술을 선보였다.
양우석 책임연구원은 “플렉시블 투명전극 등 그래핀의 상용화는 고품질 대면적 그래핀 양산 등 보다 많은 선행 응용기술 개발이 필요하다”며 “과학기술계는 물론이고 산업계까지 그래핀 상용화 제품 개발에 대한 기대가 높고, 이에 발맞춰 투자도 늘려가고 있다”고 말했다.
창원=임동식기자 dslim@etnews.com
