'산화그래핀 액정' 고강도 방열섬유로 진화

대전=정일웅 기자

입력 2026.09.18 08:25

산화그래핀(Graphene Oxide) 액정이 고강도·고열전도 방열 섬유로 진화했다. 2011년 KAIST가 세계 최초로 발견한 산화그래핀 액정은 그간 항균 칫솔과 기능성 스포츠웨어 등 생활제품으로 상용화됐다. 후속 연구에선 산화그래핀 액정을 고강도·고열전도 그래핀 섬유 제조기술로 발전시켜, 첨단 열관리 소재로 활용 범위를 확장하고 있다.

KAIST는 신소재공학과 김상욱 교수 연구팀이 국제학술지 '네이처 머티리얼스(Nature Materials)' 뉴스 앤 뷰스(News & Views)를 통해 산화그래핀 액정 기반의 고성능 그래핀 섬유 연구와 학술적 의미를 조명하는 논평을 발표했다고 18일 밝혔다.

2024 파리 올림픽에서 '그래핀 도복'을 입은 태권도 시범단이 태권도 동작을 선보이고 있다. KAIST

산화그래핀은 '그래핀'에 산소 성분을 결합한 소재다. 그래핀은 탄소 원자가 벌집 모양으로 한 층 배열된 얇은 소재로 열과 전기 전달 성능이 우수한 데다 강하지만, 물에 잘 섞이지 않아 용액 상태에서 가공하기가 쉽지 않다.

이와 달리 산화그래핀은 산소 성분이 붙어 물에 잘 섞이는 장점으로 잉크처럼 만들거나 코팅 또는 실처럼 뽑아 쓰는 등의 형태로 가공하는 게 쉽다.

김 교수 연구팀은 산화그래핀이 물속에서 일정 농도 이상으로 섞이면 얇은 판 모양의 시트가 한 방향으로 가지런히 배열되는 '액정' 상태를 형성하는 것을 세계 최초로 확인(보고)했다.

이후 산화그래핀 액정은 전 세계 연구진이 후속 연구를 진행해 그래핀 섬유를 만드는 연구로 발전시켜 왔다.

단 기존 방식에서는 산화그래핀 액정을 실처럼 뽑는 과정에서 용액이 쉽게 끊어지거나, 그래핀 시트가 촘촘하게 정렬되지 않아 내부에 빈 공간과 결함이 생기는 문제가 있었다. 이는 섬유의 강도와 열전달 성능을 동시에 높이는 데 한계점으로 작용했다.

논평에서 김 교수 연구팀은 이런 한계를 극복한 최신 연구를 소개하고, 산화그래핀 액정 연구가 고성능 섬유 제조기술로 발전하는 과정과 의미를 분석했다.

AI 생성 이미지. KAIST

특히 2011년 처음 발견한 산화그래핀 액정이 학술적 현상을 넘어 이제는 고분자 용액처럼 가공할 수 있는 이차원 소재로 발전한 과정에 주목했다.

김 교수 연구팀이 확보한 산화그래핀 액정 관련 원천기술은 그간 연구실을 넘어 실제 생활제품으로 확장됐다. 2023년 그래핀 항균 칫솔이 출시돼 누적 1400만개 이상 판매되고, 그래핀텍스(GrapheneTex) 소재를 활용한 기능성 섬유가 2024년 파리 올림픽 태권도 시범단 도복에 적용된 것이 대표적인 사례다.

논평은 이러한 관점에서 기초과학적 발견이 다양한 사업화 방향으로 확장될 수 있음을 짚는다. KAIST 연구실에서 시작된 산화그래핀 액정 연구가 항균 칫솔과 기능성 스포츠웨어 등 생활제품으로 상용화되고, 다른 한편에서는 세계 연구진이 후속 연구를 진행해 고강도·고열전도 그래핀 섬유 등 첨단소재를 개발하는 데 활용하고 있다는 게 핵심이다.

향후에는 고성능 그래핀 섬유가 전기차·항공우주 분야의 경량 열관리 부품, 웨어러블 전자소자, 스마트 의류 등 분야에서 다양하게 활용될 수 있을 것으로 김 교수 연구팀은 내다봤다.