헬로티 조상록 기자 | 한국생산기술연구원(이하 생기원)이 ‘그래핀(Graphene)’ 나노구조를 모델로, 탄소소재의 초미세 결함을 분광분석법으로 찾아낼 수 있음을 세계 최초로 밝혀냈다. 핵심은 여기에 ‘그래핀(Graphene)’ 나노구조 모델을 활용했다는 것이다. 그래핀 구조란 탄소 원자들이 육각형의 벌집 모양으로 서로 연결돼 있는 0.2 나노미터(㎚) 두께의 평면 구조로, 다양한 탄소소재 분석 연구의 기초 모델이 된다. 따라서, 이번 연구결과는 향후 ▲초경량·고강도 특성의 탄소섬유복합재(CFRP), ▲흑연 및 활성탄 기반의 에너지저장소재, ▲나노탄소 기반의 차세대 전자소재 등 여러 소재 분야의 결함분석 기초데이터로 활용될 것으로 전망된다. 탄소소재 내부에 존재하는 나노 단위의 초미세 결함은 안정적인 육각형 벌집구조를 깨뜨려 소재 고유의 전기적, 화학적 물성을 변질시킨다. 이 경우, 원하는 용도로 쓰기 위한 물성 최적화 작업이 어려워지기 때문에 산업적 활용 확대 및 소재 자립을 위해서는 정확한 결함분석이 매우 중요하다. 지금까지의 나노결함 분석은 현미경을 활용한 ‘형상분석법’이 주류였는데, 현미경이 닿는 일부 겉면 구조만 볼 수 있어 내부를 비롯한 전체를 관
헬로티 함수미 기자 | KBI그룹이 그래핀 복합소재 사업 협력을 위해 넥스젠그래핀폴리머스와 업무 협약식을 개최했다고 27일 밝혔다. 이번 협약을 통해 KBI그룹은 넥스젠그래핀폴리머스가 개발한 그래핀 복합소재를 활용한 관련 제품들의 시장성을 확인하고 구체적인 협력관계를 정의해 향후 그룹의 계열사를 통해 국내외 판매 확대는 물론 신기술 소재사업 협력체제를 구축할 예정이다. 최근 가장 주목받고 있는 첨단소재인 그래핀 복합소재 제품은 기계적 물성강화, 전자파차폐, 정전기방지, 높은 열전도성, 원적외선 방출 외 친환경적이고 인체친화적 다중효과를 기대할 수 있는 꿈의 소재로 주목받고 있다. KBI그룹은 국내 유일하게 특허기술로 인정된 그래핀복합소재 자동화 양산설비를 갖추고 소비재에서 산업재까지 폭넓은 그래핀응용제품을 출시한 넥스젠그래핀폴리머스와 협력한다. 우선 ▲차량용 및 일반용 냉공조 시스템에 사용되는 에어필터 ▲그래핀이 함유된 섬유 원사 및 원단 ▲그래핀 복합폴리머소재 및 기타 응용 제품 등 주요 협력 제품 3가지를 선정했다. KBI그룹은 그래핀 복합소재 제품 라인업을 KB오토텍, 갑을합섬, KBI코스모링크 등 적용이 가능한 계열사에서 생산하는 다양한 제품에 적용해
헬로티 서재창 기자 | 그래핀 같은 2차원 신소재는 금속 기판을 ‘밭’ 삼아 그 위에서 합성된다. 증기상태의 원료를 기판에 달라 붙여 얇은 막을 형성하는 방식이다. 이 방식은 기판 특성이 2차원 소재의 품질에 큰 영향을 주기 때문에 기판을 잘 고르는 것이 중요하다. UNIST 연구진이 새로운 기판 선택 기준을 내놨다. UNIST(총장 이용훈) 신소재공학과 펑 딩(Feng Ding) 교수(IBS 다차원탄소재료 연구단 그룹리더)팀은 2차원 물질을 단결정 형태로 합성하기 위해 필요한 기판 선택 기준을 이론적으로 제시했다. 같은 물질이더라도 단결정 형태는 다결정 형태보다 품질이 우수하다. 이론 계산 결과에 따르면 기판 단면에 계단 모양 구조가 더 조밀한 고 밀러지수 기판이 2차원 물질을 단결정 형태로 합성하는 데 적합한 것으로 나타났다. 밀러 지수는 물질의 단면 모양을 수학적 기호로 표현한 것이다. 수박을 가로 또는 세로로 잘랐을 때 단면 모양이 다른 것처럼 원자가 차곡차곡 쌓인 구리 같은 금속 기판도 절단 방향에 따라 단면 모양이 달라진다. 단면을 대각으로 자른 고 밀러지수 면(high index surface)은 원자가 한 층씩 계단처럼 쌓인 구조(step ed
헬로티 이동재 기자 | 고용량 리튬이온전지용 복합 음극재의 상용화가 눈앞이다. 한국전기연구원(이하 KERI)이 개발한 ‘고용량 리튬이온전지용 실리콘/그래핀 복합 음극재 대량 제조기술’이 기업체에 11억원에 기술이전됐다. KERI 전기재료연구본부 소속의 나노융합연구센터 이건웅·정승열 박사팀, 차세대전지연구센터 김익준·양선혜 박사팀이 공동으로 개발한 이 기술은 전기차 및 스마트폰 등에 사용되는 리튬이온전지의 음극 소재인 ‘실리콘(Si)’의 단점을 보완한다. 리튬이온전지의 차세대 음극 소재로 주목받는 실리콘은 기존에 사용되던 흑연보다 에너지 밀도가 10배나 높고 충·방전 속도도 빠르다는 장점을 가지고 있지만, 충·방전 시 부피 팽창(3배 수준) 문제와 전기 전도도가 낮다는 단점이 있다. 또한 실리콘 입자가 부서지거나 전극 박리 및 연속적인 전해액 분해 반응으로 인해 전지 성능을 급격히 감소시킬 수 있다는 점도 있어 상용화에 큰 걸림돌이 되고 있다. 이러한 이유로 실리콘의 장점은 살리면서 단점을 보완해주는 소재의 복합화 연구가 국내·외에서 활발하게 진행돼 왔다. 이에 KERI가 주목한 소재는 ‘그래핀’이었다. 그래핀은 2차원 탄소나노소재로서 전도성이 매우 우수하고,
헬로티 이동재 기자 | 국내 연구진이 전기가 잘 통해 전자 재료로 쓸 수 있는 수준의 고품질 그래핀(Graphene)을 대량 생산할 수 있는 기술을 새롭게 개발했다. 유연하고 투명한 그래핀으로 만든 디스플레이 전극 등의 상용화가 앞당겨질 것으로 기대된다. UNIST 에너지화학공학부의 장지현 교수팀은 탄소가스 배출 없이 고품질 그래핀을 대량으로 생산할 수 있는 촉매 환원법 기반 기술을 개발했다. 합성하기 쉬운 산화 그래핀을 대량으로 만든 뒤, 산화 그래핀의 산소를 제거해(환원) 고품질 그래핀을 얻는 방식이다. 산소만 선택적으로 제거할 수 있는 산화구리철(CuFeO2) 촉매를 써서, 그래핀 구성 원소인 탄소가 같이 제거되고 탄소가스가 배출되는 기존의 문제를 해결했다. 그래핀은 탄소 원자가 6각형 벌집구조로 결합된 평판형 물질이다. 전선 재료인 구리보다 전기가 더 잘 통할 뿐 아니라 투명하고 유연해 새로운 전극 소재로도 주목받는다. 하지만 전자 재료로 쓸 정도로 전기전도도가 우수한 그래핀을 대량으로 합성하기는 쉽지 않다. 증기 상태 그래핀 원료를 금속 기판위에 하나씩 이어 붙여 얻는 수준의 방식(CVD; Chemical Vapor Disposition)은 대량 생
[헬로티] 한국광기술원은 AI에너지연구센터 손명우 박사팀이 저온 합성공정 기술을 이용, 반도체 전극의 물리적 손상을 방지하는 고성능 그래핀-구리 적층 배선 제작 기술을 세계 최초로 개발했다고 4일 밝혔다. 그래핀 저온 대면적 합성 기술을 기반으로 한 이 기술은 반도체와 디스플레이 분야에 폭넓게 적용이 가능하다. 그래핀은 전기·화학적 특성이 우수해 반도체 분야 '꿈의 신소재'로 불리는 물질이다. 지금까지 그래핀-구리 배선은 800℃ 이상의 고온에서 저압 화학 기상 증착법을 활용, 구리 호일 위에 그래핀을 합성하고 구리 배선에 전사해 제작하지만, 고온으로 인해 배선 기판이나 반도체에 물리적 손상이 발생하는 문제를 안고 있다. 저온의 화학기상증착법에 플라즈마를 적용해 그래핀을 구리 배선에 직접 합성하는 방식을 사용하지만 플라즈마의 높은 에너지로 그래핀의 물리적인 손상은 여전히 해결되지 않고 있다. 손 박사팀은 이러한 문제 해결을 위해 벤젠이나 피리딘 등의 액상 탄소소스를 그래핀 공정에 사용, 400℃ 이하의 저온 상압 화학기상증착법으로 기판이나 반도체의 물리적 손상 없이 그래핀-구리 배선 제작에 성공했다. 또 아르곤 가스를 주입하는 정화공정을 새롭게 개발해 저온
[헬로티] 기존 소재 대비 뛰어난 물성으로 반도체, 휘어지는 디스플레이 등 다양한 산업에서 활용 전망 포스코(회장 최정우)가 ‘꿈의 신소재’라 불리는 ‘그래핀(Graphene)’ 산업 생태계 조성에 적극 나선다. 포스코는 지난달 31일 포항시청에서 포항시, RIST(포항산업과학연구원), 포스텍(포항공과대학교), 그래핀스퀘어와 5자간 ‘포항 그래핀밸리 조성 사업’을 위한 업무협약을 체결했다. 그래핀은 탄소(Carbon)원자들이 벌집 모양으로 연결되어 단층의 평면을 이루고 있는 첨단 나노소재로, 강철보다 수십 배 이상 강하고 실리콘, 구리보다 전자 이동 속도가 100배 이상 빠르다. 신축성이 좋아 늘리거나 구부리는 것이 용이하면서도 전기전도성은 유지된다. 기존 소재 대비 뛰어난 물성으로 반도체, 휘어지는 디스플레이, 고효율 태양전지 등 다양한 분야에 응용 가능하며, 대량생산이 되면 여러 산업 분야에서 미래 신소재로의 활용이 기대된다. 그래핀 기술 선점과 사업화 역량을 갖추기 위해 전 세계적으로 활발한 투자가 진행되고 있으며, 국내의 경우 2012년 설립된 첨단 나노소재 기업인 그래핀스퀘어가 세계 최
[헬로티] 배향도가 높은 복합구조를 가진 그래핀 탄성 섬유 한국연구재단(이사장 노정혜)은 한태희 교수(한양대학교) 연구팀과 이원준 교수(단국대학교) 연구팀이 비틀림 특성이 우수한 그래핀 탄성 섬유를 개발했다고 밝혔다. 금속보다 인장강도가 강한 슈퍼섬유들은 첨단산업 소재로 주목받고 있다. 관련해서 기존에 없던 물성을 얻기 위한 나노 소재의 섬유화 연구가 많이 진행되어 왔다. 측정과 해석의 용이성 때문에 대부분 인장특성을 강화하는데 초점을 둔 연구가 많이 이뤄졌다. 연구팀은 비틀림 특성이 우수한 그래핀 탄성 섬유를 개발했다. 그래핀 입자들이 강한 인력으로 결합되어 있으면서 동시에 높은 배향도를 가지도록 막대형태의 탄소나노튜브로 시트 형태의 그래핀을 튼튼하게 연결하고 섬유를 연신하여 높은 배향도를 가진 섬유를 제조하였다. 이렇게 얻은 섬유는 금속보다 8배, 고분자보다는 300배 강한 강도를 나타냈다. 무게별 강도 비율(단위: MPa1/2 cm3 g-1)이 19로 슈퍼섬유인 탄소섬유보다 더 가볍고 강한 것으로 나타났다. 한편 탄소 섬유는 비틀림보다 당기는 힘에 매우 잘 견디는 반면, 그래핀 섬유는 비틀림을 더 잘 견디는 매우 이례적인 성질을 보였다. 최근 고강도 나
[헬로티] 기존의 ‘은’ 대체할 소재 개발 성공해 가격경쟁력 확보 ▲기술 개발자인 정희진 박사(좌)와 이건웅 박사(우)가 전도성 금속잉크를 들고 포즈를 취하고 있다. (출처 : 한국전기연구원) 한국전기연구원이 개발한 ‘저가형 금속/그래핀 복합잉크 제조기술’이 최근 과학기술정보통신부가 선정한 ‘2020년 10대 나노기술’로 선정됐다. 한국전기연구원 나노융합연구센터에서 개발한 이 기술은 꿈의 나노 신소재라고 불리는 ‘그래핀’을 구리에 합성해 전도성 금속 잉크를 만드는 기술이다. ‘전도성 금속잉크’는 말 그대로 전기가 통하는 잉크로, 각종 전기·전자기기의 부품 제조는 물론, 우리나라 소재·부품 산업 전 방위에 활용되는 필수 소재다. 현재 시판되는 전도성 금속잉크의 주요 소재는 귀금속 계열의 은(Ag)이다. 은은 전기 전도도가 높고 산화가 잘 되지 않아 전도성 금속잉크를 만드는 데 사용되어 왔지만, 가격이 매우 비싸다. 특히 고품질 은 잉크의 경우 높은 수준의 기술력이 필요하다 보니 그동안 해외 수입의존도가 높았고, 대체 소재 발굴 및
[첨단 헬로티 = 김동원 기자] 꿈의 신소재로 불리는 ‘그래핀’을 이용한 유연하고 투명한 전극인 ‘그래핀 기반 고성능 투명 유연 전극’이 개발됐다. 박혜성, 양창덕 UNIST 에너지 및 화학공학부 교수팀이 개발한 이 전극은 유기 태양전지에 적용했을 때 같은 종류의 태양전지 중 최고 효율을 기록했다. 또한, 이 전극은 태양전지뿐 아니라 디스플레이나 광센서 등에도 사용할 수 있다. 따라서 향후 활용도가 높을 것으로 전망된다. ▲ 왼쪽부터 구동환 연구원, 박혜성 교수, 양창덕 교수 (사진 : UNIST) 연구팀은 그래핀 기반 고성능 투명 유연 전극을 개발하면서 그래핀이 가진 우수한 전기 전도성과 내구성을 해치지 않도록 새로운 제조기법을 고안해, 기존 그래핀 전극의 단점을 보완했다. 그래핀 전극은 ‘유기 태양전지’의 상용화를 앞당길 구성요소로 주목받는다. 태양전지는 태양광을 받아 전자를 만들어내는 ‘광활성층’과 전자의 통로 역할을 하는 ‘전극’, 전체 전지 구조를 유지하는 ‘기판’ 등 여러 층으로 이뤄진다. 유기 태양전지는 광활성층으로 가
[첨단 헬로티] 합성운모 생산 전문 차이나크리스탈신소재홀딩스(대표이사 허위에룬)가 16일 이사회를 열고 자회사의 타법인 지분 인수 안건을 결의했다. 크리스탈신소재는 주요 영업 자회사 장인유자주광운모유한공사를 통해 그래핀 연구개발 및 생산 전문 장쑤탄구얼웨이스지에과기유한공사(江苏碳谷二维世界科技有限公司)의 지분 85%를 인수한다고 밝혔다. ▲ 크리스탈신소재는 그래핀 연구개발 및 생산 전문 장쑤탄구얼웨이스지에과기유한공사의 지분 85%를 인수한다고 밝혔다. <사진 : 게티이미지뱅크> 인수 금액은 1억 3,600만 위안(약 233억 원) 규모다. 장쑤탄구얼웨이스지에과기유한공사(대표이사 후홍칭, 이하 탄구얼웨이)는 그래핀 소재의 연구개발 및 생산 전문 기업으로, 2014년 설립됐다. 회사는 2차원 소재, 고분자 복합 소재, 화학공정 등 다양한 분야의 우수 연구개발 인력을 주축으로 그래핀 제조 기술의 고도화 및 관련 제품 연구개발에 주력하고 있다. 첨단 신소재 그래핀(Graphene)은 전자 이동성, 열 전도성, 신축성, 투명성 등이 뛰어나 ‘꿈의 나노 물질’로 불린다. 복합 소재, 전자, 바이오, 에
[첨단 헬로티] 한국전자통신연구원(ETRI)이 사람의 피부에서 느끼는 촉각이나 압력을 보다 정밀하고 정확하게 제어할 수 있는 소자 원천기술을 개발하는 데 성공했다. 이로써 향후 로봇이나 장애인에게도 인공피부를 적용할 수 있는 길을 열었다. ETRI는 통신할 때 수평, 수직의 전기장 모두를 활용해 전송 용량을 2배 증가시키는 1㎝ × 1㎝ 광소자를 개발했다. 이 광소자에는 빛의 편광현상이 적용되었다. ETRI 연구진이 개발한 기술은 향후 양자통신 기술과 편광 다양성 광통신 시스템 등에 적용돼 광통신 전송용량과 속도를 획기적으로 향상시키는 데 적용될 전망이다. 또한, 연구진은 본 기술의 응용범위를 넓혀 ‘광학식 압력센서’를 개발하고 사람의 몸에 부착할 수 있을 정도로 대면적화 하겠다고 설명했다. ETRI는 나노미터(㎚) 두께의 극초박막 형태 신물질로 큰 관심을 끌고 있는 이차원(2D) 반도체 물질 그래핀과 평면형 광회로 소자를 접목해 능동적으로 편광을 조절하는 소자의 핵심 기술을 개발했다. 여기에는 기존 연구진이 보유하고 있던 그래핀 합성기술과 광학적 제어 원천기술이 활용되었다고 말했다. 편광현상이란 빛이 진행할 때 빛의 전기장
[첨단 헬로티] 친환경 전기차 등에 사용되는 리튬이온전지 주요 소재인 실리콘의 단점을 보완한 리튬이온전지용 고용량 복합 음극재 상용 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 한국전기연구원(KERI)은 최근 자체 정부출연금사업을 통해 ‘리튬이온전지용 실리콘-그래핀 복합 음극재 대량 제조기술’을 개발했다고 밝혔다. ▲ 기술 개발을 이끈 정승열 책임(왼쪽)과 이건웅 본부장 현재 리튬이온전지의 차세대 음극재로 대두되고 있는 소재는 실리콘이다. 실리콘은 흑연보다 약 10배 이상의 이론 에너지 밀도를 가지고 있지만, 전기 전도도가 매우 낮고 충전과 방전을 반복하면 4배 정도 부피가 팽창한다. 심지어 입자가 부서지거나 전극이 벗겨져 전지 성능을 급격히 감소시키는 문제도 있어 상용화에 걸림돌이 되고 있다. 이를 극복하기 위해 실리콘과 다양한 소재의 복합화에 관한 연구가 국내외에서 활발하게 진행되고 있다. KERI 연구팀은 이를 해결하기 위해 ‘그래핀’에 주목했다. 그래핀은 2차원 탄소나노소재로서 전도성이 우수하며, 전기 화학적으로 안정하여 실리콘을 전해질로부터 효과적으로 보호할 수 있다. 또한 그래핀 코팅층은 우수한 기계적 강도를 지
[첨단 헬로티] 과학기술정보통신부 산하 전기전문 정부출연연구기관 한국전기연구원(원장 최규하, 이하 KERI) 나노융합기술연구센터(책임자 이건웅 책임연구원, 정희진 책임연구원)는 꿈의 나노소재라고 불리는 ‘그래핀’을 구리에 합성해 가격은 낮추면서도 뛰어난 전기 전도성을 갖는 ‘구리-그래핀 복합 잉크’를 개발했다고 지난 16일 밝혔다. 전자기기의 배선 및 회로, 전극으로 사용되고 있는 기존의 비싼 은 잉크를 똑같은 성능으로, 가격은 1/10 수준으로 대체할 수 있는 차세대 복합 잉크가 국내 연구진에 의해 개발된 것이다. 이는 터치패널, 디스플레이 등 유연 인쇄전극 분야에서 안정적이면서도 가격경쟁력을 확보할 수 있는 기술로 기대되고 있다. 현재 시판되고 있는 전도성 잉크 소재 중에 가장 많이 사용되고 있는 소재는 귀금속계 계열인 은이다. 은은 전기 전도도가 높고 산화가 잘되지 않는다는 장점이 있지만 가격이 매우 높다. 이에 성능은 은과 유사하면서도 가격은 10배 저렴한 구리가 대체 소재로 주목을 받아 왔다. 하지만 구리는 은보다 녹는점이 높고 공기 중에 노출되면 표면에 쉽게 산화막이 형성되는 문제가 있다. 전극 제조 과
[첨단 헬로티] 국내 연구진이 휠 수 있는 투명한 전극을 개발했다. 이제까지 웨어러블 기기 제조의 최대 난제로 꼽혀 왔던 기술이었는데, 이번 개발을 통해 각종 디스플레이 기기의 웨어러블화에 날개를 달 전망이다. 한국전자통신연구원(이하 ETRI) 그래핀 물질을 네 개 층으로 쌓아 0.5초 만 에 색이 변하는 전기변색소자를 개발, 지난 2일 사이언티픽 리포트 (Scientific Reports)에 게재되었다고 밝혔다. 연구진은 이번 유연 전극의 개발을 통해, 기존 유리 기반 디스플레이를 플래스틱 기반 웨어러블 디스플레이로 적용 가능성을 높였다. 전극으로 사용하기 위해선 전기전도성이 좋아야 한다. 물론 디스플레이로 활용키 위해선 투명한 기판 위에 올렸을 때 빛이 잘 투과되는 성질 및 조절도 관건이다. 따라서 이번 성과는 그래핀을 활용해 투명하면서도 쉽게 휠 수 있는 전극을 확인했다는 점에서 큰 의미가 있다. ETRI는 이러한 요구사항을 만족시키기 위해 종이두께 보다 백만 배 얇은 두께의 그래핀을 한층 한층 쌓아보았다. 적층을 통해 문제 해결에 나선 셈이다. 연구진은 한화테크윈으로부터 제공받은 그래핀 한층이 올라간 열전사 필름을 160℃ 고온에서 라미네이팅 과정을