디스플레이의 진화ㅡ신소재 그래핀

백투 더 퓨처 2ㅡ평면TV (1989)

1989년 영화 <백 투 더 퓨처 2>에는 30년 뒤인 2015년으로 시간여행을 떠나는 장면이 나옵니다.
주인공 <마티 맥플라이>와 그의 여자 친구 <제니퍼>가 가장 놀라는 대상 중 하나는 평면 TV였습니다.

1980년대에는 전자 기기에 사용되는 반도체가 딱딱하다는 생각을 갖고 있었기에, 상상할 수 있는,
얇고 넓은 디스플레이는 평면 TV가 전부였습니다.

마이너리티 리포트ㅡ투명 터치스크린

그리고 2002년 개봉한 영화 <마이너리티 리포트>는 2054년을 배경으로 주인공 <존 앤더튼>이
손가락으로 투명한 터치스크린을 조작하며 범죄가 일어나는 곳의 상황을 살피는 장면이 등장합니다.
여기서는 접히고 휘는 디스플레이가 거의 모든 전자 기기에 적용돼 있습니다.

1980년대와 2000년대를 나누는 차이점 중 하나가 바로 2차원 물질입니다
즉 반도체가 휘어질 수 있다는 가능성을 확인한 2000년대 사람들은
휘어지는 디스플레이를 기대하기 시작 합니다.

1989년과 2002년 개봉한 두 영화가 예상한 미래 사회의 모습 중 가장 큰 차이점은 바로
디스플레이의 진화입니다.

2차원 물질의 개발로 2010년대 사람들은 접어서 주머니에 넣을 수 있는 디스플레이를 꿈꿉니다.
<포스포린>, 전이금속 <칼코게나이드>, <실리신>, <그래핀> 중 어떤 2차원 물질이
실리콘을 대체할 수 있을지 몰랐지만 현재 신소재 그래핀으로 많은 연구가 시작되고 있습니다.

그래핀으로 휘어지는 곡면 디스플레이를 코팅하면 산소와 수분에 약한 단점을 보완할 수 있다

 

 

 

국내 연구팀이 <그래핀>을 이용해 휘는 디스플레이 투명전극 개발에 성공했습니다.
ETRI(한국전자통신연구원·원장 이상훈)는 최춘기 소재부품창의연구실 박사 연구팀이 면저항·투과도 특성을 동시에 제어할 수 있는 4인치 크기의 대면적 고품질 그래핀 합성기술을 개발했다고 2016년 4월 밝혔습니다.

<그래핀>의 특성은 가볍고 유연하면서 철보다 단단하다고 합니다.
차세대 물질로 각광받았지만 대량생산이 까다로워 산업 현장 등에 활용하기에는 어려움이 많았다고 합니다.

2018년 7월 국내외 기업과 의료진이 그래핀을 활용하기 위한 기술적 해법을 잇달아 내놓고 있습니다.
국내 기업 <그래핀스퀘어>는 성능 좋은 그래핀 대량생산 공정을 개발해 휘어지는 디스플레이와 단단한 군용 방탄복 소재를 만드는 데 성공했습니다.

그래핀스퀘어의 창업자인 홍병희 서울대 화학부 교수는
“휘어지는 디스플레이는 수분과 산소에 약하다”며
“그래핀을 쓰면 수분과 산소로부터 디스플레이를 보호할 수 있다”고 말했습니다.

그래핀스퀘어는 이렇게 확보한 안정성을 바탕으로, 폭 40cm 길이 100m의 평면 그래핀을
대량으로 만드는 기술을 확보했습니다.
특히 기존 기업의 디스플레이 생산공정 중 사용되는 필름만 그래핀으로 바꾸면 되므로
적용하기도 쉽다고 합니다.

그래핀스퀘어는 그래핀 기술을 적용한 방탄복을 개발해 2017년 9월 말 미군과 약 6억 원 규모의 납품계약을 체결해 현재 납품 중이라고 합니다. 그래핀은 여러 겹 쌓으면 두께에 비례해 견고해집니다.
그래핀스퀘어는 그래핀을 1000∼5000층 쌓아 총알을 막는 강도의 방탄복을 완성했습니다.

 

그래핀을 1000∼5000개 층으로 겹겹이 쌓아 보강재로 사용하면 효과적으로 총알을 막는 방탄복을 만들 수 있다. 그래핀스퀘어 제공

 

 

삼성전자는 경기 고양시 킨텍스에서 열린 2018년 나노코리아에서 ‘그래핀 볼’로 불리는 그래핀 파우더(가루)를 이용해 리튬전지 효율을 높이는 기술을 개발하고 있다고 발표했습니다.

그래핀을 리튬전지에 넣으면 용량이 45% 증가하고 충전 및 방전 효율도 늘어난다고 설명했다.
홍 교수는 “여러 연구팀이 실험실에서 확보한 기술”이라며 “시장에 적용되려면 현재의 리튬전지 생산 공정을 대체할 만큼의 경제성을 갖춰야 할 것”이라고 말했다고 합니다.

바이오 분야에 그래핀을 응용하려는 연구도 활발하다고 합니다.
단백질과 비슷한 크기의 나노물질을 설계해 생체 분자를 조절하려는 시도가 대표적입니다.
최근에는 그래핀을 이용해 파킨슨병을 치료할 수 있다는 사실이 동물실험에서 입증됐다고 합니다.

미국 존스홉킨스의대와 서울대 공동 연구팀은 탄소와 산소 비율을 조절해 만든 ‘그래핀 양자점’으로
파킨슨병을 일으키는 노폐물 단백질인 ‘알파-시뉴클레인’의 결합을 막고, 이미 응집된 노폐물은 분해하는 데 성공해 학술지 ‘네이처 나노테크놀로지’ 9일자에 발표했습니다.

그래핀 양자점은 탄소섬유를 황산에 넣고 잘게 부순 뒤 물을 넣은 용액입니다.
연구팀이 이를 세포에 주입하자 알파시뉴클레인이 뭉치지 못했을 뿐만 아니라
이미 뭉쳐져 있던 알파시뉴클레인이 풀려서 분해되는 것이 확인됐다고 합니다.

그동안 한번 진행되면 되돌릴 수 없다고 알려진 치매나 파킨슨병을 치료할 가능성을 열었습니다.
연구팀은 현재 명확한 생체 내 메커니즘을 파악하는 중이며,
그래핀 양자점의 산소와 탄소 비율을 조절해
치매나 동맥경화 같은 각종 섬유조직화 질병을 치료하는 표적치료제로 개발할 계획이라고
현재 진행중에 있습니다.