▲ 한국지질자원연구원은 `그래핀 산화물 반죽` 기반 공정 기술을 개발했다.(출처: 한국지질자원연구원)

국내 연구진이 복잡한 결합 공정이나 고온 가열이 필요없는 차세대 복합체 제조 기술을 개발해 고용량 슈퍼커패시터 및 전자파 차폐 소재 등에 활용이 가능할 전망이다.

한국지질자원연구원(KIGAM, 원장 권이균)은 자원활용연구본부 김병수·최지혁 박사 연구팀이 실온에서 다양한 기능성 나노소재를 자유롭게 조합해 고밀도 복합체를 손쉽게 제조할 수 있는 ‘그래핀 산화물 반죽(Graphene Oxide Dough, GOD)’ 기반 공정 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.

연구팀이 개발한 기술은 흑연에서 얻은 그래핀 산화물을 점탄성 반죽(dough) 형태로 만든 뒤, 금속산화물·나노입자, 탄소나노튜브 등 다양한 나노소재를 한꺼번에 섞어 복합화할 수 있는 방식이다.

이 과정은 2원계(binary)에서 다원계(multicomponent) 조성까지 유연하게 확장할 수 있으며 △전기화학 활성 △전도성 △자성 △전자파 차폐 등 원하는 특성을 자유롭게 조율할 수 있다.

특히 이 반죽은 빵 반죽처럼 유연해, 얇은 층상 구조부터 다층 적층, 3차원 네트워크까지 다양한 형태로 자유자재 성형할 수 있다. 덕분에 웨어러블 기기, 에너지 저장장치, 전자파(EMI) 차폐 소재 등 폭넓은 산업 분야에 활용 가능한 범용 플랫폼으로 주목받고 있다.

해당 기술로 제작한 슈퍼커패시터는 부피당 285 F/cm³의 높은 전기 저장 능력을 보였고, 전자파 차폐 소재는 81.3 dB(전자파 99.9999% 차단 수준)에 달하는 우수한 성능을 보였다.

또한 모든 공정은 실온에서 수 분 안에 물리적 혼합으로 완성할 수 있으며, 바인더나 고온 소결이 필요 없고 제조 과정이 단순해 에너지 소비도 줄일 수 있다. 여기에 ‘Dough-to-Powder’, ‘Dough-to-Dough’ 방식의 반죽·파우더 혼합 전략을 적용해, 복잡한 조성에서도 구조 정밀성, 계면 안정성, 공정 반복성을 확보했다.

김병수, 최지혁 박사는 “이번 연구는 복잡한 결합 공정이나 고온 가열 없이 다양한 성분을 조합한 복합체를 구현할 수 있다는 점에서 기존 공정의 한계를 극복한 전환점”이라며, “단순한 나노소재 합성을 넘어, 자원의 부가가치를 높이는 ‘자원 기반 나노공정 플랫폼’으로 발돋움하겠다”고 말했다.

한편, 이번 기술은 KIGAM의 탄소중립 기술과 순환자원 전략과도 긴밀히 맞닿아 있다는 설명이다. 연구팀은 다양한 분야에서 고성능 응용 가능성을 입증했으며, 시제품 제작, 기술이전, 공동연구를 통해 에너지, 전자, 방산 등 다양한 산업으로 확산시킬 계획이다.