▲ ▲동진쎄미켐이 개발한 그래핀 복합소재(左). 이를 사출해 차량 전방위 카메라 케이스를 개발했으며 리코더 케이스도 개발 진행 중이다..

미래 꿈의 신소재로 불리는 '그래핀'은 탄소 동소체의 하나로 연필심을 구성하는 흑연 중 한 층을 분리해낸 것이다. 그래핀은 2차원 평면 형태를 가지고 있으며 두께는 0.2나노미터(nm, 100억분의 2m)로 매우 얇지만 물리적, 전기적 성질이 뛰어나다.

그래핀은 1㎡ 당 무게는 0.77mg에 불과하지만 4kg의 무게를 견딜 수 있으며 인장강도가 강철보다 약 200배 높으며 구리 보다 100배 이상 전기가 잘 통하고 구부리거나 늘려도 전도성을 잃지 않는 특성이 있다.

이러한 특성을 가진 그래핀은 그야말로 '소재산업의 마법 양념' 역할을 하는데 예를 들어 고분자 수지에 조금만 섞어도 강도가 높고 전기가 잘 통하는 플라스틱을 만들 수 있고 총알을 막는 방탄복에 사용할 수 있다.

이 때문에 차세대 반도체, 웨어러블 기기, 투명전극, 나노구조체, 태양전지, 플렉서블 디스플레이 등 무궁무진한 분야에 적용될 신소재로 각광받고 있다.

국내 반도체·디스플레이·태양전지 소재 전문기업 동진쎄미켐(대표이사 회장 이부섭, 사장 이준혁)은 그래핀이 가지고 있는 열특성, 전기전도도, 기계적 특성 등 특성을 활용해 현대자동차에 자동차 바디 등을 납품하고 차량용 전장부품도 제조·판매하는 아진산업, 방열제품을 제조하는 벤처기업 네원, 자동차부품의 연구개발과 성능평가를 하고 있는 자동차부품연구원과 차량전방위 카메라 및 리코더 케이스 개발에 나섰다.

지난해 12월부터 나노융합산업연구조합이 추진하고 있는 '나노소재 수요연계 제품화 적용기술개발사업'을 통해 올해 차량 전방위 카메라 케이스가 완성됐고 내년엔 리코더 케이스가 출시될 예정이다.

차량 카메라 및 리코더는 차량 외부의 전후방 양면을 차안에서 모니터링하는 AVM(Around View Monitorring) 시스템으로 차량 안전 규제 강화로 인해 적용이 확대되고 있다. 특히 2018년 5월1일부터는 미국에서 생산되는 4.5톤 이하 차량에는 후방카메라가 의무적으로 장착돼야하기 때문에 시장 성장성도 높다.

이들 카메라 및 리코더 케이스는 현재 대표 경량금속의 하나인 알루미늄 소재로 만들어지고 있다. 발열에 의한 전장부품의 수명 단축과 유해 전자파 차폐를 막기 위해서다. 그러나 알루미늄은 금속 자체가 가지고 있는 무게로 인해 경량효과에 한계가 있고 성형이 어렵고 단가를 낮추기 어렵다는 문제점도 있었다.

동진쎄미켐은 외부에서 구입한 그래핀 원료를 고분자 EP(엔지니어링 플라스틱)수지에 분산시켜 펠릿 형태의 마스터 배치(Master Batch)를 생산하는데 성공했다.

車 카메라·리코더 첫 적용, 경량화·방열·전자파 차폐 확보

코팅액·전극인쇄 잉크 등 응용품 개발, 車·전기전자 등 新 수요처 확대

▲ 차량전방위 모니터링장치 구성 및 장착 구동시 이미지.

이 마스터 배치를 사출한 그래핀 복합재는 일반 플라스틱 대비 방열, 강도, 전자파 차폐 특성이 뛰어난 것으로 확인됐다. 현재 열전도도는 10~15W/mK 수준으로 알루미늄에는 미치지 못하지만 사출에 따른 공정비용 절감, 경량화, 자유로운 디자인 등을 고려하면 훨씬 경쟁력을 갖추게 된 것이다. 동진쎄미켐은 내년 말까지 열전도도를 15W/mK 이상 끌어 올린다는 계획이다.

국내 대표적인 전자재료 소재 중견기업으로 알려진 동진쎄미켐이 자동차 부품전문기업 아진산업, 방열 솔루션기업 네원, 전문생산기술연구소 자동차부품연구원과 함께 협업을 할 수 있었던 것은 이들 기업들이 그래핀이라는 신소재의 높은 가능성에 공감대를 형성했기 때문이다. 특히 자동차업계에서는 소비자의 안전과 직결되는 신뢰성에 민감하기 때문에 기존 소재부품을 대체해 새로운 소재부품 적용을 꺼리는 것이 사실이다.

그러나 최근 자동차 경량화, 고성능 전장부품 도입 증대에 따라 자동차 소재부품 공급업체들도 보다 적극적으로 새로운 소재부품을 적용하고 가능성을 찾는 분위기가 형성되고 있다. 자동차에 각종 고성능 전자부품 도입이 급증하면서 발열에 의한 제품 수명 단축, 유해전자파 차단 등에 가장 효과적인 소재부품을 찾는 것이 곧 경쟁력으로 이어지기 때문이다.

동진쎄미켐도 이미 수년전부터 그래핀을 미래 유망기술 중 하나로 점찍고 연구를 진행해 왔는데 이번 기회에 제품화 경험을 쌓고자 수요기업들에 협력을 제안한 것이다.

제품화 현장에서 개발을 진행한 박선찬 동진쎄미켐 과장은 “그래핀 복합재를 작은 부품부터 우선 적용하면서 수요기업들의 부담도 덜하고 그래핀에 대한 이해도가 높아지는 일거양득의 효과가 있었다”며 “나노조합의 '나노소재 수요연계 제품화 적용기술개발사업'을 통해 자금 지원은 물론 다양한 정보를 접할 수 있어 개발에 많은 도움이 되고 있다”고 밝혔다.

동진쎄미켐은 이번 그래핀 복합재 제품화 성공을 계기로 각 수요처가 원하는 그래핀 마스터 배치를 개발, 우선 자동차 전장부품시장에 공급할 예정이다.

또한 회사는 그래핀을 활용한 ESD용 코팅액, 전극 인쇄용 잉크, 고경도 카본잉크 등 다양한 응용소재를 개발하고 있으며 향후에는 고방열, 전자파 차폐, 경량화 등이 요구되는 전기, 전자 등 다양한 시장에도 진출한다는 계획이다.