그래핀 분산 기술로 광경화 투명필름 개발

그래핀의 분산 한계를 극복한 새로운 광경화 투명필름이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 고분자 내에서 그래핀을 균일하게 분산시키고, 자외선(UV)을 이용해 단단한 필름으로 고정하는 기술로 상용화 가능성이 한층 높아졌다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 그래핀을 안정적으로 분산시킨 신소재 조성물을 기반으로, 빛에 반응해 경화되는 투명 필름을 개발했다고 밝혔다. 이 필름은 빛의 세기에 따라 투과율이 달라지는 광학 비선형성을 갖고 있어, 레이저 보호장치, 스마트 광학센서, 인공지능(AI) 기반 광소자 등 다양한 분야에 적용 가능하다.

그래핀은 강한 기계적 강도와 우수한 전도 특성을 지닌 2차원 소재지만, 산업적으로 활용하기엔 분산 안정성이 낮아 가공이 어려웠다. 기존 방식은 화학적 분산제를 사용해 그래핀 입자를 고분자 내에 분산시키는 방식이었으나, 그래핀 본연의 성질을 유지하기 어렵다는 한계가 있었다.

연구팀은 별도의 분산제 없이 그래핀이 균일하게 퍼질 수 있도록 고안된 ‘그래핀 분산 광경화 콜로이드 조성물’을 개발했다. 이 조성물은 1년 이상 침전 없이 장기 보관이 가능하며, 자외선을 쬐면 고체 필름으로 경화돼 가공성과 안정성을 동시에 확보했다. 제조 과정에서 공해물질이 발생하지 않아 환경 친화적인 소재로도 평가받는다.

기존 금형 방식이나 용매 기반 고분자 필름 제조법과 달리, 자외선 경화를 통해 필름을 형성하는 연속 공정이 가능하다는 점에서 대량 생산에도 적합하다.

신소재는 강한 빛을 감지하고 차단할 수 있어 레이저 센서 및 보호필름으로의 응용이 기대되며, 광학적 반응성을 활용해 정밀 센서, AI 광연산 소자, 고성능 디스플레이 및 광전자 부품에도 적용 가능하다.

ETRI 신형철 휴먼증강연구실장은 “그래핀 분산 안정성과 광학 반응성을 동시에 확보한 기술을 통해, 차세대 광부품과 AI 응용소재 개발에 실질적인 전환점을 마련했다”고 설명했다.

해당 성과는 재료과학 분야 국제 저널 ‘Composites Part A: Applied Science and Manufacturing’ 3월호에 게재됐으며, 관련 기술은 국내 특허로 출원됐다. 이 연구는 ‘지속가능한 AI를 위한 Optical Learning 핵심기술 개발’ 과제의 일환으로 수행됐다.