ETRI, 그래핀 활용 투명 필름 개발···"AI·광학 소재 활용 기대"

[서울파이낸스 여용준 기자] 국내 연구진이 '꿈의 물질'로 불리는 그래핀을 이용해 혁신적인 투명 필름 개발에 성공했다. 이번 개발은 그래핀 신소재를 보다 쉽게 활용할 수 있도록 신소재 기술을 확보한 것으로, 향후 레이저, 광학, 디스플레이, 소재 등 다양한 분야에 널리 활용될 전망이다.

9일 한국전자통신연구원(ETRI)에 따르면, 연구진이 개발한 투명 필름은 빛의 세기에 따라 투명도가 변하는 특징을 갖고 있어, 레이저 보호 장치, 스마트 광학 센서, 인공지능(AI) 광소재 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대된다.

그래핀은 강도와 전기전도성이 뛰어나 차세대 혁신 소재로 주목받고 있다. 하지만 기존에는 그래핀이 서로 엉겨 붙는 문제 때문에 실제 산업에서의 활용이 어려웠다.

ETRI 연구진은 새로운 '그래핀 분산 광경화 콜로이드 조성물'을 개발해, 별도의 분산제 없이도 그래핀이 고분자 내에서 안정적이고 균일하게 분산될 수 있는 기술을 확보했다. 이 그래핀 분산 콜로이드 조성물은 매우 안정적이어서, 그래핀의 침전 없이 1년 이상 장기 보관이 가능하다.

또한 자외선(UV)을 이용해 이 콜로이드 조성물을 단단한 필름으로 변환하는 방식도 적용함으로써, 그래핀의 성질을 유지하면서도 가공이 쉬운 신소재를 만들어냈다.

연구진은 이 기술을 활용하면 필름을 만들 때 콜로이드 조성물의 그래핀 분산 용액이 고분자화하여 필름을 형성하므로, 그래핀 콜로이드 조성물이 모두 필름 형성에 사용되고 공해물질이 발생하지 않아 환경친화적이라고 설명했다.

또한 기존의 금형을 통해 찍어내는 방식이나 고분자 용액 형태의 필름 제조 방식과 달리, 그래핀 콜로이드 조성물의 UV 경화를 이용한 제조 방식은 연속 공정이 가능해 대량 생산에 유리하다고 덧붙였다.

이번에 개발된 그래핀 분산 광경화 투명 필름은 그래핀 특유의 빛 조절 성질을 활용해 광학, 전자, AI 분야 등 다양한 산업에 적용될 수 있다. 예를 들어, 강한 빛을 감지하고 차단할 수 있어 눈이나 장비를 보호하는 레이저 센서 및 보호 필름으로 활용하기에 적합하다.

또한 빛의 세기를 조절하고 변화 감지 기능을 바탕으로 정밀한 첨단 센서 제작이 가능하며, AI가 빛을 이용한 연산을 수행할 때 필요한 AI 광학 소재로도 적용할 수 있다. 투명하고 균일한 필름은 고성능 디스플레이 및 광소자 개발에도 큰 기여를 할 수 있다.

신형철 ETRI 휴먼증강연구실장은 "이번 연구를 통해 그래핀을 더 쉽게 활용할 수 있는 길이 열렸다. 특히 광 관련 부품 및 AI 응용 기술 분야에서 혁신적인 소재로 자리 잡을 것이다"라고 말했다.

ETRI 연구진은 앞으로도 그래핀의 다양한 물성을 활용해 더 정밀하고 효율적인 광소재 및 전자 소재 개발을 위한 후속 연구를 지속할 계획이다. 또한 관련 기업과 협력해 상용화 연구 및 대량 생산 시스템 적용 방안도 함께 검토하고 있다.

이번 연구 성과는 국제적인 권위를 가진 학술 출판사 '엘스비어’(Elsevier)'의 재료과학 분야 저널인 '컴포지트 파트 A: 응용 과학 및 매뉴팩처링'에 3월 중 게재되었으며, 관련 기술은 국내 특허 출원도 완료되었다. 이번 연구는 ETRI 출연금 사업인 '지속가능한 AI를 위한 옵티컬 러닝 핵심기술 개발 연구'의 일환으로 진행됐다.