올해 들어서 ‘그래핀(Graphene)’이라는 신소재가 핫이슈로 계속 등장하고 있다. 꿈의 신소재라 불리는 그래핀은 연필심에 쓰이는 흑연의 구성 물질로, 벌집 모양으로 켜켜이 쌓여 있는 3차원 구조의 흑연에서 한 층만 떼어낸 것이다.꿈의 신소재로 주목을 받는 그래핀은 신축성이 좋아 접고, 휘고, 잡아당겨도 전기전도성을 잃지 않아 다양한 제품에 응용이 가능하다. 컴퓨터나 휴대폰 등에 들어가는 일반적인 반도체는 실리콘을 이용해 만들지만, 그래핀은 현재 반도체 소자에서 사용되는 실리콘보다 전자의 이동속도가 100배 이상 빠르고 구리보다 100배 많은 전류가 흐를 수 있어 기존 기술을 대체할 신소재로 주목받아왔다.

▲ 이동원 교수는“그래핀 관련 연구 그룹으로서 국내에서 향후 3년 이내에 선두의 위치를 확보하고, 5년 이내에 세계적인 리더 집단으로 성장할 계획”이라고 야심찬 포부를 밝혔다

활발한 연구활동으로 그래핀 연구의 시너지 효과 극대화
꿈의 신소재라 불리는 그래핀은 탄소가 서로 육각형 형태로 연결돼 벌집 모양의 평면구조를 이루는 물질로 탄소 원자 한 층으로 돼 있어 세상에서 가장 얇은 물질이면서도 구조적, 화학적으로 매우 안정하며 양자역학적 특성으로 뛰어난 전기적 성질을 가지고 있다. 그러나 지금까지 그래핀을 넓은 면적으로 만드는 기술이 개발되지 않아 이를 전자소자나 디스플레이 등에 응용하는 기술 연구도 큰 제약을 받아왔으며 이를 해결하기 위한 연구가 경쟁적으로 진행되어 왔다. 국내에서는 2009년 4월 교육과학기술부에서 지원하는 ‘세계수준의 연구중심대학(WCU) 육성 사업’에 전남대학교의 ‘그래핀 기반 나노바이오 트랜스듀서 사업단’(이 선정되면서 국내 최초로 그래핀 연구를 세계적 수준으로 도약할 수 있는 교두보를 확보했다. 이동원 교수는 “나노전기소자분야 해외석학의 영입 및 국제적 네트워크를 구축함으로써 세계수준의 연구기관으로 도약할 수 있는 결정적인 발판을 마련했다는 점에서 국내 그래핀 연구에 큰 의미를 부여하고 있다”고 덧붙였다. 현재 사업단은 ‘그래핀 나노기전소자의 제작 및 시스템 집적화 기술’을 확립하고 이를 통한 다양한 원천기술을 선점해 고부가가치 신산업 기술을 창출하고자 하고 있다. 이동원 교수는 “향후 재현성과 우수성을 갖는 단일원자층의 2차원 탄소박막인 그래핀의 대량 제작기술을 획득하고, 그래핀 기반 나노기전소자의 제작공정과 시스템 집적화 기술 확립을 통해 다양한 원천 핵심기술을 선점하고, 이를 통한 고부가가치 신산업기반 기술로 확대할 계획”이라고 덧붙였다. 전자·NEMS·센서분야 이동원 교수(1연구팀), 복합재료·진동·구동기 분야 오일권(2연구팀) 교수 그리고 나노전자·기전소자 분야의 세계적 석학인 중국과학원 Xinxin Li 교수(3연구팀)로 구성된 사업단은 그래핀 기반 기초·도전·응용연구들로 연구주제를 체계적으로 분류하여 개별적인 연구주제를 가지고 활발한 연구 활동을 하는 동시에 기반기술 성격의 그래핀 박막 제작기술과 원천기술 성격의 나노공정기술개발 분야를 공동으로 진행하며 시너지효과를 극대화시키고 있다. 한편 그래핀 연구분야의 해외석학인 Xinxin Li 교수를 초빙해 2009년 2학기부터 대학원에 ‘바이오 마이크로·나노멤스 교과목’을 설강하고 신기술 융합분야의 최첨단 기술에 관한 정보를 학생들에게 제공하고 있는 전남대학교는 중국과학원과의 ‘공동 석·박사 학위제의 도입’을 제공하며, 학생들의 국제적 경쟁력을 증대시키기 위해 많은 노력을 기울이고 있다.

▲ 이 교수는“명실상부한 그래핀 기반 나노-바이오센서와 구동기 분야의 세계수준 그래핀 사업단으로 육성하고, 국제적인 선도 연구그룹과 네트워킹할 수 있는 경쟁력 있는 사업단으로 성장하고자 한다”고 전했다.

5년 이내 세계적 리더 집단으로 성장 전망
이동원 교수는 “벌집구조의 그래핀은 공간적 여유로 인하여 구조의 변형에도 비교적 잘 견딜 수 있을 뿐만 아니라 육각형의 탄소구조가 가지는 전자배치의 특성으로 전도성을 잃지 않으므로 산업적 활용도에 대한 기대 역시 매우 크다”고 강조한다. 이동원 교수는 2단계 BK 21 등 교육 사업뿐만 아니라, 국가지정연구실(NRL), 젊은과학자지원사업 등 각종 연구 사업들을 성공적으로 이끌며, 국내대학 최고수준의 마이크로·나노기전소자 연구의 인프라 구축을 완료했다는 평가를 받고 있다. 특히 연구실 체계 및 체질개선을 통해 주 연구분야인 원자현미경 및 마이크로캔틸레버 분야에서 국내 최고의 기술력을 인정받고 있는 이 교수는 기초연구뿐만 아니라 연구결과물의 사업화 일환으로 기존 시스템의 10%에 불과한 초저가 원자현미경 양산을 국내 최초로 시도하고 있다. 이동원, 오일권 교수를 중심으로 전남대 WCU 사업단은 사업 선정전부터 그래핀 재료 및 제작 관련 국제자문단과 전남대학교 의과대학과 함께 의료자문단의 구성을 완료하고, 정기적 교류 및 교내 공동연구를 추진함으로서 부족한 부분을 보완하고 시너지 효과의 극대화를 위한 노력을 계속해 왔다. 이를 토대로 사업단은 향후 생의학 분야로의 나노-바이오센서와 능동형 바이오 메디칼 디바이스로서의 응용기술 확보 및 신성장 산업 창출로 확대할 계획이다. 이 교수는 “명실상부한 그래핀 기반 나노-바이오센서와 구동기 분야의 세계수준 그래핀 사업단으로 육성하고, 국제적인 선도 연구그룹과 네트워킹할 수 있는 경쟁력 있는 사업단으로 성장하고자 한다”며 “그래핀 관련 연구 그룹으로서 국내에서 향후 3년 이내에 선두의 위치를 확보하고, 5년 이내에 세계적인 리더 집단으로 성장할 계획”이라고 야심찬 포부를 밝혔다. NM