▲ 그래핀 vs. 탄소나노튜브 연도별 특허출원동향(’13∼’14년도는 공개된 출원건수만을 포함하였음)(左), 그래핀 구조·형태에 따른 성장 추이 분석 (전년대비 성장세 누적그래프).

신소재 ‘그래핀’에 대한 특허출원이 전 세계적으로 급증하고 있는 가운데 한국의 출원건수가 미국을 넘어선 것으로 드러났다.

특허청(청장 김영민)에 따르면, 2008년 57건으로 집계됐던 그래핀 관련 국내 출원이 매년 2~4배씩 증가해 현재 총 4,255건에 달하며, 미국 3,559건, 일본 1,583건을 제치고 단연 1위를 차지하고 있다.

국내 산·학·연의 해외출원도 활발한데, 미국 외의 국가에서 미국에 출원한 그래핀 특허 1,262건 가운데 한국이 가장 많은 603건을 출원한 것으로 집계됐다.

그래핀은 탄소 원자로 이루어진 아주 얇은 막으로 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고 강철보다 200배 이상 강한 탄성을 지니고 있다.

또한, 구조 자체를 변형하기 힘든 탄소나노튜브와 달리 그래핀은 손쉽게 구조·형태를 변형할 수 있어, 차세대 디스플레이·웨어러블 디바이스·전도성 잉크·초경량 자동차 외장재 등 다양한 분야에 빠르게 적용되고 있으며, 특허출원도 이미 탄소나노튜브를 넘어섰다.

최근 9년간 국내 그래핀의 구조·형태 제어기술에 관련된 출원은 총 1,078건에 이르며, 기술 내용에서도 기존의 평면 구조에서 기능화 구조·입체 구조·점 구조로 더욱 다양해지고 있다.

특히, 평면 구조 관련 출원은 2011년 이후 그 증가세가 완화되고 있는 반면 그래핀의 화학적 특성을 제어하는 기능화 구조 관련 출원은 계속 급성장하고 있는 추세이다.

기능화 구조의 그래핀은 다양한 화학적 작용기 코팅을 통하여 그래핀의 화학적 특성을 자유롭게 제어하는 기술로서 전도성 잉크, 자동차 외장재 등에 그래핀을 응용하기 위해 필요한 기술이다.

입체 구조의 그래핀은 기존의 평면 구조 그래핀에서 얻을 수 없었던 넓은 내부 표면적을 실현한 것으로 금속산화물·그래핀 복합체 또는 스펀지 구조의 그래핀이 이에 해당되며, 태양전지 전극이나 흡착제로의 응용가능성이 주목받고 있다.

점 구조의 그래핀은 내부에 빈 공간을 도입하거나 발광특성을 갖도록 제어된 것으로서 약물전달물질, 생체 조영제 등으로 관심을 모으고 있다.

천세창 특허심사1국장은 “다양한 구조·형태의 그래핀을 마치 레고블럭처럼 활용해 자유자재로 응용할 수 있게 됨에 따라 그래핀의 응용분야는 점점 확장되고 있다”며, “앞으로 본격적인 상용화 경쟁에서도 세계 최고 수준을 유지하기 위해서는 다양한 구조·형태 자체에 대한 원천기술뿐만 아니라 관련 제조장비, 新 응용방법 및 응용제품 선점까지 고려한 특허 포트폴리오 구축이 필요하다”고 말했다.