ETRI 연구진이 그래핀을 활용해 개발한 광경화 투명필름과 그래핀 광경화 콜로이드 조성물을 들어보이고 있다.

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'꿈의 물질'로 불리는 그래핀을 이용한 혁신적인 투명필름이 개발됐다. 빛을 조절하는 그래핀 특성을 활용, 가해지는 빛 세기에 투명도가 변한다. 향후 레이저 보호 장치, 스마트 광학 센서, 인공지능(AI) 광소재 등 다양한 분야에 활용될 전망이다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 그래핀을 안정적으로 분산시킨 새로운 투명 필름을 통해 이 같은 성과를 거뒀다고 9일 밝혔다.

그래핀은 강도·전기전도성이 뛰어나고, 특유의 빛을 조절하는 성질(광학 비선형성)로 다양한 분야에 쓸 수 있다. 다만 서로 엉겨 붙는 성질 탓에 산업 적용이 어려웠다. 해법으로 화학 분산제를 사용했는데, 이 경우 그래핀 특성을 온전히 유지하기 어려웠다.

연구진은 새로운 그래핀 분산 광경화(빛을 가해 액상 물질이 고상으로 변하는 현상) 콜로이드(작은 고상 물질이 액상에 분산된 상태) 조성물을 개발했다. 별도 분산제 없이 그래핀을 고분자 내에 균일하게 퍼뜨리는 기술을 갖춰 그래핀 분산 필름·성형물을 쉽게 제조할 수 있다.

그래핀 분산 콜로이드 조성물은 그래핀 침전 없이 1년 이상 보관할 수 있다. 빛(UV)을 이용해 단단한 필름으로 변환하는 방식으로 그래핀 성질을 온전히 갖추면서 가공도 용이한 신소재를 만들 수 있다. 필름 형성에 공해물질이 발생하지 않고, 연속 공정과 대량 생산이 가능해 상용화에 유리하다.

ETRI 연구진이 그래핀 광경화 콜로이드 조성물로 투명 필름을 만들고 있다.

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이렇게 만든 필름은 빛과 관련된 다양한 분야에 쓸 수 있다.

강한 빛을 감지·차단할 수 있어 눈과 장비를 보호하는 레이저 센서와 보호필름으로 활용 가능하다. 또 빛 세기를 조절하고 변화를 감지해 정밀 첨단센서 제작이 가능한 스마트 광학센서, AI가 빛을 활용한 연산 수행 시 쓰는 AI 광학소재 등에 적용할 수 있다. 고성능 디스플레이와 광소자 개발에도 활용될 전망이다.

신형철 ETRI 휴먼증강연구실장은 “그래핀을 더 쉽게 활용할 수 있는 길이 열렸다”며 “광 관련 부품 및 AI 응용 기술 분야에서 혁신 소재로 자리 잡을 것”이라고 말했다.

이번 성과는 국제 학술 출판사 엘스비어의 '컴포지트 파트 A: 어플라이드 사이언스 & 매뉴팩처링'에 3월 게재됐으며, 관련 기술은 국내 특허 출원됐다.

연구는 ETRI 출연금 사업 '지속가능한 AI를 위한 옵티컬 러닝 핵심기술 개발 연구' 일환으로 이뤄졌다.

김영준 기자 kyj85@etnews.com

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