주목받는 신소재 '그래핀' 상용화는 언제?

주목받는 신소재 '그래핀' 상용화는 언제?

전 세계적으로 가장 주목받고 있는 신소재인 그래핀은 얇으면서도 강도가 크고, 열전도성이 높으며, 전자의 흐름이 빠른 투명한 물질로 차세대 반도체와 휘어지는 투명 디스플레이 산업의 성장을 견인할 전략적 핵심소재로 인정받고 있다.

기존의 연구가 활발히 진행됐던 탄소 나노튜브 소재는 가공의 어려움으로 상용화에 실패했으나, 이에 비해 그래핀은 단순한 생산 프로세스로 사업화 가능성이 높아 전 세계적으로 그래핀 시장을 선점하기 위한 이의 상용화와 원천특허 확보에 총력을 기울이고 있다.

최근 국내 연구진이 그래핀의 상용화를 한걸음 앞당길 수 있는 그래핀 반도체의 원천기술을 확보했다. 연구진이 세계 최초로 개발한 그래핀 만으로 구성된 소자의 접합 구조는 기존의 실리콘을 이용한 반도체에 비해 100배 빠른 컴퓨터의 현실화와 플렉시블 투명디스플레이의 실용화에 반드시 필요한 핵심기술이다.

또한 그래핀의 소재의 국내 생산화를 위한 흑연 정제 기술, 그래핀-은 나노와이어 복합체로 제조된 투명전극 제조기술, 그래핀을 이용한 투명 디스플레이를 양산 기술 등이 성공적으로 이루어지고 있어 수입 대체효과와 플레시블 전자산업의 상용화에 막대한 파급효과를 가져오고 있다.

특허청(청장 김영민)에 따르면, 2005년부터 2013년 06월까지 국내에 출원된 그래핀 관련 특허는 모두 2,921건에 달했다.

연도별 출원동향을 보면, 그래핀의 분리에 최초로 성공한 2004년 이후, 2005년에 3건, 2006년에 7건으로 그쳤던 것이 2008년에는 56건으로 서서히 증가하다가 2009년 이후부터는 204건으로 폭발적인 증가를 보였고, 2010년 (423건), 2011년(731건)까지 거의 두 배로 증가하다가 2012년에는 954건으로 2009년도에 비해 약 5배의 증가율을 보였다.

내국인 대 외국인의 출원 비율은 2007년 이후부터 내국인이 70%이상을 차지하면서 2013년에는 97%에 달했다.

국내외 출원인 현황은 삼성전자(224건, 7.7%)와 삼성 계열사(225건, 7.7%)가 가장 많은 특허를 출원하고 있으며, 그 뒤를 LG 계열사180건, 6.2%), 성균관대학교(147건, 5%) 등 순으로 많은 출원을 하고 있으며, 외국인으로는 일본의 SEL(11건, 0.4%)이 최다 출원을 하고 있는 것으로 나타났다.

영국 BBC방송에서 보도한 그래핀 관련 세계 특허동향 분석에 따르면, 기업으로는 삼성전자가 1위 (407건)로 2위인 미국 IBM (134건)의 3배가 넘는 수준이며, 연구기관으로서는 성균관대학교가 134건으로 1위를 차지해, 국내에서와 마찬가지로 삼성전자와 성균관대학교가 그래핀 관련 연구개발 및 특허포트폴리오 면에서 세계적 수준에 위치해 있음을 알 수 있다.

주요 기술분야별로는 크게 나노소자 분야가 전체에서 57%를 차지하고 있고, 나노소재가 그 다음으로 38%를 차지하고 있으며, 나노기반공정과 나노바이오·의료 분야는 상대적으로 낮은 비율인 3%와 2%로 이 분야의 연구개발이 미비하게 이루어지고 있음을 알 수 있다.

세부 응용분야 별로는 디스플레이, 메모리, 반도체와 같은 광·전자소자 분야가 1,095건으로 특허 집중도가 가장 높았으며, 나노분말소재가 697건, 그 다음으로는 이차전지가 170건으로 나노 소재 개발과 이차전지에 대한 활발한 연구 개발이 이루어지고 있음을 알 수 있다.

특허 집중도가 높은 나노소자 분야는 외국 경쟁업체에 맞설 수 있는 비교우위의 분야로서 결과적으로 그래핀 상용화의 가능성이 높고 향후 시장 파급효과 또한 큰 분야로서 원천특허 확보의 가능성 또한 높다고 할 수 있다.

홍정표 화학생명공학심사국장은 “한국이 나노소자 분야에 강국으로 자리매김하고 있는 상황에서, 그래핀의 응용화 기술 및 생산 프로세스에 대한 원천 특허 확보와 이를 바탕으로 한 조기 실용화의 실현으로 독보적인 글로벌 시장의 선점에 박차를 가해야 할 때다”라고 밝혔다.

나재선 기자 inspi06@kidd.co.kr
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