그래핀이란 탄소(Carbon) 원자들이 벌집 모양으로 연결되어 단층의 평면을 이루고 있는 나노소재 흑연을 뜻하는 ‘그래파이트(graphite)’와 탄소이중결합을 가진 분자를 뜻하는 접미사 ‘-ene’를 결합해 만든 용어로 그래핀은 탄소원자들이 6각형 벌집구조로 배열된 2차원 구조의 원자막으로 이뤄진 아주 얇은 막으로서 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고 강철보다 200배 이상 강한 탄성을 지니고 있다.
그래핀은 구조 형태별로 평면구조 그래핀, 기능화구조 그래핀. 입체구조 그래핀. 그리고 MRI 조영제, 약물전달 물질 등에서 적용되는 점구조 그래핀이 있다. 아울러 생산방식에 따라 흑연 결정으로부터 그래핀을 박리해 생산하는 플레이크 그래핀과 화학 기상 증착법으로 탄소를 가스화해 금속표면에 증착시켜 생산하는 CVD(Chemical Vapor Depositon)그래핀으로 구분된다.
그래핀 플레이크는 전도성 잉크·페이스트 형태로 대전방지‧전자파차폐 필름, 수분 투과 방지막 등에 그리고 고내식‧기능성 강판으로 산화방지 보호막 형성을 통한 부식방지의 효과뿐 아니라 내스크래치성, 방열성, 윤활성, 대전방지 등 다양한 기능을 가진 특수 강판의 개발을 기대할 수 있으며 고강도 특성을 활용하여 자동차, 비행기 등 운송수단의 경량화에 기대가 된다.
전지(Battery)산업에서는 음극에 사용하는 흑연 대신 그래핀을 사용하면 충전속도가 빠른 소형의 고용량 이차전지, 슈퍼커패시터 제조 등 다양한 산업에 적용된다.
CVD그래핀은 현재 일본의 독점 공급에 의존하는 투명전극 소재인 ITO(Indium Tin Oxide, 인듐 주석 산화물) 필름을 대체해 터치패널, 유연 디스플레이, 스마트 윈도우 등에 적용 될 것이며 대면적에 균일성을 갖는 고품질 그래핀 제조가 가능해지면 태양전지 등 광전소자 등 다양한 산업에 적용된다.
특히 높은 강도 및 전도성과 유연성을 지니는 그래핀은 타 신소재에 비하여 웨어러블 전자기기 구현과 관련 스마트산업에 획기적으로 적용 될 것으로 보인다.
정부 또한 올해 3월 미래부와 산업부가 공동으로 발표한 19대 미래성장동력-산업엔진 종합실천계획을 뒷받침하고 우리나라를 미래소재 기술 4대 강국과 소재산업 선도국으로 도약시키기 위한 로드맵이 수립되기도 했다.
우리나라는 그동안 그래핀에 10여년 이상의 연구투자로 세계 최고수준의 기술력(세계 1위~2위)을 보유하였고 충분한 수요기반(휴대폰‧디스플레이‧이차전지 등)을 확보하고 있다.
경제적 측면에서는 2017년 전자파차폐 코팅제 분야에서 첫 매출 발생을 목표로 하고 있으며 디스플레이, 에너지 전극 등에 활용할 수 있는 세계시장 선도형 일등 제품을 개발이 이루어짐으로써 2025년 매출 19조원, 약5만2천명의 고용 창출이 가능할 것으로 기대된다.
특허출원 역시 전 세계적으로 급증하고 있는 가운데 한국의 출원건수가 미국을 앞지른 것으로 나타났다.
특허청(2014.10월 현재)에 따르면 그래핀 관련 국내 출원은 매년 2~4배씩 폭발적으로 증가하여 현재 총 4255건에 달하며 미국 3559건, 일본 1583건을 제치고 단연 1위를 차지하고 있다.
삼성·LG 등 기업, 성균관·서울대 등 대학, 각 연구소 등의 해외출원도 활발하다. 미국 이외의 국가에서 미국에 출원한 그래핀 특허 1262건 가운데 한국은 가장 많은 603건을 출원한 것으로 집계됐다. 후발주자 역할을 면치 못하고 있는 여타 소재분야와는 달리 그래핀 분야에서 만큼은 우리나라가 선두주자로 두각을 나타내고 있는 것이다.
이렇게 국내외 뜨거운 관심과 경쟁 속에 본격적인 그래핀의 상용화 경쟁에서도 세계 최고 수준을 유지하기 위해서는 다양한 원천기술뿐만 아니라 관련 제조장비, 새로운 응용방법 및 응용제품 선점까지 고려한 포트폴리오 구축이 필요한 시점에 산업교육연구소(소장 김성의 www.kiei.com)에서 그래핀 사업화를 위한 정부정책 및 지원방안으로부터 생산방식과 제조기술의 현황과 발전방향을 비롯해 상업화가 가능한 다양한 응용제품의 시장동향과 국내외 특허분석 및 국내업계의 대응전략에 이르기까지 각 분야의 권위 있는 전문가를 초청한 가운데 제반문제와 전반적인 해결책을 제시하는 세미나가 6월23일, 24일 양일간 여의도 사학연금회관 2층 세미나실에서 ‘그래핀 사업화 촉진을 위한 원소재 및 응용제품 상용화’라는 주제로 개최된다.
첫날인 23일에는 한국과학기술연구원 소프트혁신소재연구센터 박 민 센터장의 기조발표로 그래핀 사업화 촉진 기술로드맵 및 정부 지원방안(원소재생산/ 측정, 규격화/ 융합제품 전주기 통합, 연계 R&D지원 등), 성균관대학교 이창구 교수의 국내·외 그래핀 산업 최근실태 및 상용화를 위한 연구, 기술개발동향과 관련 기업체 현황, 한국화학연구원 명 성 박사의 그래핀 원소재의 플레이크(Flake) 및 화학기상증착법(CVD) 생산방식과 제조기술 발전방향, 울산과학기술대학교 박영빈 교수의 그래핀 원소재의 고기능 복합소재 응용 및 상용화 동향(고강도, 경량/ 초발수코팅/ 수처리 등), 경북대학교 박수영의 교수용액 공정을 이용한 그래핀의 제조공정 기술혁신 사례 및 상용화 동향, 성균관대학교 이효영 교수의 그래핀 원소재의 고감도 가스센서 응용 및 상용화 동향, 중앙대학교 성맹제 교수의 그래핀 원소재의 신뢰성 확보를 위한 평가기술(플레이크: 물성의 대량 신뢰성 평가기술,CVD: 비파괴 실시간 품질 평가기술), 한국전기연구원 설승권 박사의 그래핀 3D프린팅 기술개발 및 발전 방향 등의 주제로 발표된다.
둘째날인 24일에는 한국탄소학회 그래핀분과 위원장의 그래핀 원소재의 코팅 및 인쇄전자용 잉크응용 및 상용화 동향을 첫 주제로 KIST 김상우 박사의 그래핀 원소재의 전자파 차폐재 응용 및 상용화 동향, KAIST 최성율 교수의 그래핀 원소재의 트랜지스터 및 센서 응용 및 상용화 동향, 울산과학기술대학교 박장웅 교수의 그래핀 원소재의 투명전극 응용 및 상용화 동향(유연투명디스플레이/ 터치패널/ 유기발광소자 등), 인하대학교 허윤석 교수의 그래핀 원소재의 에너지 전극 응용 및 상용화 동향( 슈퍼커패시터/ 태양전지/ 이차전지/ 연료전지 등), KIST 김성륜 박사의 그래핀 원소재의 방열소재 응용 및 상용화 동향(LED 광소자/ 웨어러블소자/ PC 등), 전자부품연구원 양우석 박사의 최근의 대면적 그래핀 양산 핵심기술개발과 성공사례 및 상용화 동향, 마지막으로 특허법인 신우 이봉진 대표변리사가 최근 그래핀 국내·외 특허분석 및 국내업계를 위한 대응전략 등의 순서로 발표된다.
