‘꿈의 신소재’ 그래핀 연내 국내에서 대량 생산 가능해졌다

한국화학연구원 화학공정연구본부 이제욱 박사팀이 개발한 ‘차세대 전기화학 박리공정’을 적용한 멀티 전극 시스템 [사진 화학연]

다양한 산업 분야에서 ‘꿈의 신소재’로 각광받고 있는 그래핀을 대량 생산 할 수 있는 기술이 나왔다.

한국화학연구원, 흑연에 전기 흘려 그래핀 벗겨내는 전기화학 박리공정 개발 #반도체ㆍ폴더블 디스플레이 등에 활용 가능

한국화학연구원은 “그래핀을 연내 대량 생산 할 수 있는 기술을 개발했다”고 19일 밝혔다. 그래핀은 흑연의 한 층에서 떼어낸 2차원 물질로, 탄소 원자가 주변 탄소 원자 3개와 결합(SP2)해 벌집 모양을 이루고 있다. 강도는 강철의 200배, 전자 이동도는 실리콘의 100배에 달한다. 전기ㆍ화학적 특성이 우수해 ‘꿈의 신소재’로도 불린다. 휘어져도 성질을 잃지 않아 휘어지는 디스플레이나 롤러블 전자기기 구현도 가능하다. 그러나 고품질 그래핀의 경우 기술과 비용적 한계로 10여 년간 대량 생산의 문턱을 넘지 못했다. 이런 점 때문에 세계적으로 산업용 그래핀을 대량 생산해 주도권을 차지하기 위한 연구가 활발했다.

화학연 화학공정연구본부 이제욱 박사팀은 그래핀 대량 생산이 가능한 새로운 박리 공정을 적용해 ‘멀티 전극 시스템’을 만들었다. 이는 전해질 용액 수조에 ‘금속 전극-흑연 전극-금속 전극’을 샌드위치처럼 배치한 묶음을 여러 개 담가놓은 장치다. 일단 흑연 전극에 전기를 흘려보내 그래핀을 아주 얇은 층으로 벗겨낸다. 이렇게 벗겨진 그래핀은 장치 하단의 필터를 통해 용액과 분리되어 가루 형태로 추출된다. 이를 통해 고품질 그래핀을 1시간 만에 만들어낼 수 있다. 그래핀 1g당 생산 가격도 2000원으로 비교적 저렴하다.

화학연은 이 기술을 국내 중소기업에 이전해 올해 연말까지 그래핀을 대량 생산 할 수 있도록 준비 중이다. 기업 측에서 국내 흑연 광산의 채굴권을 확보해 중국 수입에 의존하던 흑연을 국내산으로 대체할 수 있게 됐다. 국내에서 채굴된 흑연으로 그래핀을 대량 생산하는 건 이번이 처음이다. 이제욱 화학연 박사는 “기존에 쓰이던 ‘화학적 합성 공정’ 방식은 그래핀의 강도ㆍ열 전도성ㆍ전기 전도도 등의 품질이 급격히 떨어진다는 한계가 있었다”며 “이번에 개발한 기술을 통해 고품질의 그래핀을 대량으로 얻을 수 있게 됐다”고 설명했다.

권유진 기자 kwen.yujin@joongang.co.kr