기계硏, 그래핀 대량생산 핵심원천기술 개발
기계硏, 그래핀 대량생산 핵심원천기술 개발
  • 송두환 기자
  • 승인 2015.06.05
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롤투롤 전사기술 개발…상용화 앞서가

▲ 그래핀 롤투롤 전사 공정의 개념

[투데이에너지 송두환 기자] 한국기계연구원(원장 임용택, 이하 기계연) 나노역학연구실 김재현 박사팀은 그래핀을 활용한 유연 투명 전도체 필름 대량생산 시스템의 핵심원천기술을 세계최초로 개발했다고 밝혔다. 이번 개발로 우리나라가 세계 그래핀 시장을 선점할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.

그래핀은 전기전도도, 강도, 유연성 등이 뛰어나며 가격경쟁력까지 갖춰 투명전극 소재로 각광받고 있다. 디스플레이, 태양전지 제품 등 응용분야가 무궁무진해 ‘꿈의 신소재’로 불린다. 그러나 내구성이 약하고 한번 파손되면 전기적 특성이 크게 저하돼 상용화에 난항을 겪어왔다. 이에 따라 파손을 제어하는 방법을 개발하는 것이 그래핀 응용의 핵심과제였다.

기계연 나노역학연구실 김재현 박사팀은 이 문제를 해결하기 위해 기존에 보유한 나노스케일 두께 박막 파손을 평가하는 기술을 통해 그래핀이 손상되는 양상을 규명했다.

김재현 박사팀은 그래핀을 열박리테이프에 붙이고 온도차가 있는 롤러쌍 2개를 활용, 그래핀을 유연기판으로 전사하는 방식을 사용했다. 전사(transfer) 공정이란 기판에 있는 물질 등을 다른 기판으로 옮기는 일련의 과정을 가리킨다. 김재현 박사팀은 그래핀이 파손되지 않도록 롤러의 상대적 속도 및 다축 하중을 제어해 연속공정이 가능하도록 하는 장비를 구현했다. 이 과정을 통틀어 롤투롤(Roll to Roll) 전사기술이라고 한다.

고품질 그래핀을 대량으로 제조할 수 있는 롤투롤 전사기술 개발은 공학적으로 매우 중요한 의미가 있다. 전사 공정에서 그래핀의 품질이나 면저항 균일도를 제어할 수 없어 다양한 기반기술을 확보한 상태임에도 불구하고 상용화가 힘들었기 때문이다.

김재현 박사는 “그래핀은 저렴하지만 투명 전도체 필름의 전기적 특성이 일정하지 않아 상용화에 어려움을 겪어왔다”라며 “이번 개발이 다양한 그래핀 응용 제품 상용화에 큰 도움이 될 것으로 보인다”라고 말했다.

현재 이 기술과 관련된 9건의 특허가 미국, 한국 등에 등록된 상태다. 추가로 8건의 특허가 출원 중이다. 관련 연구 결과는 ACS Nano, Scientific Report, Nanoscale 등의 저널에 게재됐다.

그래핀 전사 장비 특허는 롤투롤 장비 전문기업 (주)아이펜(www.2ipen.com)에 기술 이전돼 상용화가 진행 중이다.


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