그래핀 소재 컴퓨터 옷
Chapter 2. 4차산업혁명 시대 뜨는 직업
호모 일렉트로니쿠스로 진화
<신소재 그래핀 Graphene>
4차산업혁명 시대에 있어, 탄소의 하나인 그래핀Graphene이 ‘꿈의 신소재’로 떠오르고 있다. 그래핀은 흑연(Graphite)을 원료로 하여 만들어진다. 그래서 ‘그래핀’이라는 이름이 붙었다. 흑연은 탄소들이 벌집 모양의 육각형 그물처럼 배열된 평면들이 층으로 쌓여 있는 구조이다. 그런데 이 흑연의 한 층을 그래핀이라 부르는 것. 지난 2004년 처음 발견된 그래핀은 전자·에너지·의학 분야 등 다양한 분야에서 혁신적인 응용이 기대되는 물질로 주목받고 있다.
그래핀 섬유 이미지. <출처 = DAUM/ 티스토리>그래핀은 현존하는 소재 가운데 가장 얇지만 가장 강한 소재라 할 수 있다. 두께가 0.2nm로 얇기 때문에 투명성이 매우 높다. 상온에서 구리보다 100배 많은 전류를, 실리콘보다 140배 더 빨리 전달할 수 있다. 또 열 전도성이 가장 좋은 것으로 알려진 다이아몬드보다 전도율이 2배 이상 높다.
기계적 강도는 강철보다 200배 이상 강하지만 신축성이 좋아 늘리거나 접어도 전기전도성을 잃지 않는 특성이 있다. 이로 인해 미래 기술로 각광받고 있는, 휘어지는 디스플레이(Flexible display)와 투명 디스플레이(Transparent display) 등이 가능해진다. 또 입는 컴퓨터(Wearable computer·WC)를 만들어낼 수도 있다. 접히는 노트북과 모니터, 접히는 스마트폰이 등장하게 된 것도 바로 이 그래핀이라는 신소재가 있기 때문이다.
WC는 그래핀을 소재로 만든, 옷처럼 입는 컴퓨터이다. 이 컴퓨터 옷을 입으면 사람 그 자체가 컴퓨터가 되는 셈이다. 일반 옷과 다를 바 없는 그래핀 천이어서 활동하기에 불편하거나 신체에 전혀 해가 되지 않는다. 여기에 IoT 및 바이오탭 또는 바이오칩(뉴로칩)과 결합, 호모 일렉트로니쿠스(전자화된 인간, 전자인간)가 되는 것이다.
WC를 착용하면 언제 어디서든 자신이 원하는 것을 모두 해결하는, 그야말로 스마트퓨처가 될 수 있다. 굳이 손으로 자판을 통해 명령어를 입력하는 따위는 전시대의 유물이다. 생각만으로도 바이오칩이나 뉴로칩 등을 통해 WC가 미션을 수행한다.
한적한 공원에서 산책을 하거나 애인과 데이트를 하면서 업무를 볼 수 있다. 그리고 WC가 사물인터넷 또는 블록체인을 통해 인근의 맛집을 검색, 예약하고 정해진 시간에 찾아가 맛있는 식사를 하면 되는 것이다.
이런 날이 언제쯤 오겠냐고? 빠르면 2030년대, 늦어도 2040년대면 이처럼 꿈같은 일이 일어나게 될 것으로 본다.
그래핀은 공산품의 소재에 그치지 않고 다양한 분야에서 널리 활용되고 있다. 그래핀으로 인체에 무해하며 오래 가는 모발 염색제를 만들고, 그래핀을 골프볼에 적용함으로써 부드러운 타구감과 비거리 확장 등으로 경기력을 크게 향상할 수 있다.
우리나라에서도 그래핀을 활용한 첨단기술이 속속 등장하고 있다. 삼성SDI는 2018년 1월 미국에서 열렸던 ‘디트로이트 모터쇼’에서 ‘그래핀 볼Graphene ball’이라는 신소재 기술을 이용한 전기차 배터리를 공개했다. 이는 세계 자동차업계의 관심을 집중시키기에 충분한 사건이었다.
이 배터리는 단 20분 충전으로 항속거리가 무려 600km에 달하는 차세대 배터리이다. 기존 리튬이온배터리에 비해 용량을 45% 가량 늘려 5배 빠른 속도로 급속충전이 가능하다고 한다. 이 차세대 배터리는 37Ah, 50Ah 등 4종의 모델을 갖추고 있다. 플러그인 하이브리드카(PHEV) 등의 전기자동차에 폭넓게 적용할 수 있는 장점이 있다.
기존 리튬이온 배터리는 최대 항속거리가 길어야 500km 정도이며 급속충전을 하더라도 최소 30분은 걸린다. 그래핀 볼 배터리는 한 마디로 꿈의 배터리인 셈이다.
LG화학 등 배터리업체는 물론 진공청소기 등 국내 무선전자기기 제조업체들도 다투어 급속충전이 가능한 고체 전지 개발에 나서고 있다.
한국전자통신연구원(ETRI) 연구진이 지난 2017년 4월 그래핀을 유기발광다이오드(OLED) 디스플레이의 투명전극으로 활용하는 공정기술 개발을 발표했다. 이 기술은 그래핀의 유연한 특성을 기반으로 넓은 면적의 OLED 패널을 만들 수 있다. 종이처럼 얇으면서, 휘어지기도 하고 구부릴 수도 있다. 기존의 OLED 디스플레이 전극으로 널리 쓰이고 있는 인듐주석산화물(ITO)을 대체할 수 있는 획기적 연구로 평가받고 있다.
그래핀을 이용한 투명전극으로 OLED 디스플레이를 제작한 ETRI 연구진. <출처 = 디지털타임스/ ETRI>
한편, 우리나라가 4차산업혁명 시대 대표적인 첨단소재인 그래핀과 은나노 물질의 특성 정의와 측정방법 국제표준 2종을 선점했다. 한국일보 보도(2019. 9. 3.)에 따르면 특히 은나노 분야의 경우 우리보다 기술력이 높은 것으로 평가받는 일본보다 훨씬 많은 데이터를 확보하고 정제해 표준화 작업을 준비한 것이 효과를 본 것이다. 우리나라가 국제표준을 선점함에 따라 이 소재들이 주로 사용되는 반도체·태양전지·디스플레이 등 첨단산업에서 유리한 고지를 차지했다고 한국일보는 전했다.
신소재 분야는 어느 것 가릴 것 없이 모두 유망직업으로 떠오를 수 있고, 새로운 일자리가 매우 많이 창출될 것이 틀림없다.
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