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[IT뉴스]‘꿈의 소재’ 그래핀 현실로…“국가대표 의류서 인공근육까지 확대”

온카뱅크관리자

2026-10-07 05:07:25

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> ■김상욱 KAIST 신소재공학과 교수 산화그래핀 ‘액정 현상’ 세계 첫 발견 국가대표 의류에서 칫솔·침구까지 글로벌 경쟁 치열…中 추격도 거세 소재 연구 장기 지원으로 경쟁력 키워야 
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 <img alt="김상욱 KAIST 신소재공학과 교수가 최근 서울경제신문과의 인터뷰에 앞서 포즈를 취하고 있다. 사진제공=KAIST" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/07/seouleconomy/20261007050205787toea.jpg" data-org-width="1200" dmcf-mid="GXBm7L0Hym" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/07/seouleconomy/20261007050205787toea.jpg" width="658">
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 김상욱 KAIST 신소재공학과 교수가 최근 서울경제신문과의 인터뷰에 앞서 포즈를 취하고 있다. 사진제공=KAIST
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 4일 폐막한 2026 아이치·나고야 아시안게임에 출전한 한국 체조 국가대표팀은 ‘그래핀텍스(GrapheneTex)’라는 국산 신소재가 적용된 선수복을 입었다. 그래핀텍스는 그래핀에 산소를 결합한 ‘산화그래핀’을 기존 섬유에 소량 분산시켜 만든 기능성 소재로, 가볍고 복원력이 뛰어나 공중회전과 착지 등 큰 동작을 반복하는 체조 선수들의 기량 향상에 기여했다.
 ‘꿈의 소재’로 불리던 그래핀이 최근 국가대표 선수의 의류에서 칫솔·골프웨어 등 다양한 제품에 적용되면서 일상 속 소재로 자리잡고 있다. 김상욱 KAIST 신소재공학과 교수는 지난 1일 서울경제신문과 인터뷰에서 “한때 그래핀은 뛰어난 물성에도 좀처럼 제품화되지 않아 ‘꿈에서만 볼 수 있는 소재’라는 냉소까지 받았지만, 지금은 연구실을 넘어 본격적인 산업화 단계로 접어들고 있다”고 말했다.
 김 교수는 2011년 물속에 흩어진 산화그래핀 조각이 일정 농도를 넘으면 스스로 한 방향으로 정렬해 ‘액정’ 상태를 형성한다는 사실을 세계 최초로 발견했다. 그래핀은 탄소 원자가 벌집 모양으로 한 층 배열된 물질이다. 가볍고 강하면서 열과 전기를 잘 전달해 2004년 세상에 알려진 직후 과학계의 큰 주목을 받았다.
 하지만 가공 과정에서 구조에 결함이 생기기 쉬워, 뛰어난 물성을 유지한 채 제품으로 만드는 데는 한계가 있었다. 김 교수가 당시 학계가 좇던 ‘완벽한 그래핀’ 대신 산소가 붙어 물에 쉽게 분산되는 산화그래핀에 주목한 이유다. 당시 학계는 탄소 원자만으로 이뤄진 ‘완벽한 그래핀’을 구현하는 데 집중했고, 산소가 붙어 물성이 달라지는 산화그래핀은 상대적으로 연구 가치가 낮다는 평가를 받았다. 그는 “아무리 뛰어난 물성을 가졌어도 대량으로 만들고 원하는 형태로 가공하지 못하면 산업에서 사용할 수 없다”며 “산화그래핀은 물에 잘 분산되는 만큼 용액 공정을 거치면 실용적으로 활용할 가능성이 있다고 생각했다”고 말했다.
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 <img alt="김상욱(왼쪽) KAIST 신소재공학과 교수가 실험실에서 연구진과 함께 신소재를 살펴보고 있다. 사진제공=KAIST" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/07/seouleconomy/20261007050207171mobb.jpg" data-org-width="1200" dmcf-mid="HrBm7L0Hlr" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/07/seouleconomy/20261007050207171mobb.jpg" width="658">
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 김상욱(왼쪽) KAIST 신소재공학과 교수가 실험실에서 연구진과 함께 신소재를 살펴보고 있다. 사진제공=KAIST
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 이후 김 교수는 2011년 물에 분산된 산화그래핀의 농도가 일정 수준을 넘으면 판 모양의 산화그래핀 조각들이 스스로 같은 방향으로 정렬해 액정 상태를 형성한다는 사실을 세계 최초로 발견했다. 작은 산화그래핀 조각을 질서 있게 정렬할 수 있다면 실이나 필름 같은 구조체로 가공하는 것도 가능해진다.
 다만 산화그래핀을 실제 제품에 넣으려면 실험실 수준이 아니라 싸고 균일한 품질로 대량생산해야 한다. 이에 연구팀은 해당 발견에 대한 원천 특허를 획득하고 교원창업기업 ‘소재창조’를 설립하고, 대량 생산을 위해 그래핀 생산 기업 그래핀 올에 투자하며 협업 구조를 만들었다. 산화그래핀을 단순한 연구실의 나노소재가 아니라 실제 제품으로 가공할 수 있는 소재로 발전시키는 출발점이 마련된 것이다.김 교수는 “연구실에서 원천특허를 개발했지만 그래핀을 제품에 적용하려면 값싸게 대량생산하는 회사가 필요했다”며 “그래핀올의 생산기술을 통해 실제 제품을 만들 수 있게 됐다”고 말했다.
 이렇게 실험실 밖으로 나온 기술은 일상으로 들어왔다. 관련 원천기술이 적용된 스마이즈 항균 칫솔은 2023년 출시 이후 약 1400만~1500만 개가 팔렸고, 그래핀 기능성 섬유는 2024년 파리올림픽 태권도 시범단 도복을 거쳐 올해 아시안게임 체조 국가대표 의류로까지 영역을 넓혔다. 골프웨어와 침구 등 일반 소비재에도 적용되고 있다. 그래핀올 섬유사업부는 올해 매출 50억 원을 목표로 하고 있으며 향후 3년 안에 1000억 원 규모로 확대한다는 계획이다.
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 <img alt="그래핀이 적용된 스마이즈 향균칫솔. 사진제공=KAIST" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/07/seouleconomy/20261007050208448rndb.jpg" data-org-width="601" dmcf-mid="XdlQCzmjSw" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/07/seouleconomy/20261007050208448rndb.jpg" width="658">
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 그래핀이 적용된 스마이즈 향균칫솔. 사진제공=KAIST
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 김 교수팀은 그래핀 섬유가 스스로 수축·이완하며 움직이도록 만들어 로봇의 구동부 등에 활용하는 ‘인공근육’ 연구도 진행하고 있다. 가볍고 유연한 섬유 자체가 움직임을 만들어낼 수 있어 향후 웨어러블 로봇이나 휴머노이드 등 ‘피지컬 AI’ 시대의 핵심 소재로 활용할 수 있다는 구상이다. 이 밖에도 초경합금과 반도체 장비용 복합소재, 방탄직물 등으로 연구 범위를 넓히고 있다.
 다만 15년 전 한국에서 출발한 산화그래핀 연구를 둘러싼 글로벌 경쟁도 치열해지고 있다. 특히 중국의 추격이 빠르다. 최근 중국 저장대 연구진은 김 교수의 2011년 연구를 인용해 산화그래핀을 점도가 높은 글리세롤에 분산시켜 그래핀 시트를 고도로 정렬하는 기술을 개발했다. 이렇게 만든 그래핀 섬유는 최대 5.9GPa의 인장강도와 1720W/m·K의 열전도도를 나타냈다.김 교수팀은 최근 저장대 연구를 계기로 산화그래핀 액정 발견 이후 15년간 그래핀 섬유 기술이 발전해온 과정과 의미를 정리한 논평을 국제학술지 ‘네이처 머티리얼스(Nature Materials)’의 ‘뉴스 앤 뷰스(News &amp; Views)’에 게재했다. 김진효·차수진 KAIST 신소재공학과 박사과정생과 김 교수가 참여한 논평에서 연구팀은 “산화그래핀 시트를 얼마나 촘촘하고 일정한 방향으로 정렬하느냐가 그래핀 섬유의 강도와 열전달 성능을 좌우하는 핵심”이라고 분석했다. 김 교수는 “섬유에 그래핀을 섞는 것이 아니라 그래핀 자체로 섬유를 만드는 것으로 훨씬 가볍고 열 전도성도 높다”며 “그래핀으로 만들 수 있는 가장 진보한 연구인 셈”이라며 해당 연구의 의미를 설명했다.
 김 교수는 “한국이 경쟁력을 지키기 위해서는 소재 연구를 단기간의 성과로 평가해서는 안 된다”고 강조했다. 소재는 연구실에서 발견한 뒤 실제 생산기술을 확보하고 수요기업의 제품에 들어가기까지 오랜 시간이 필요하고, 한 번 산업공급망에 들어가면 다른 소재로 쉽게 대체되기 어렵기 때문이다. 그는 “첨단 소재는 민간이 오랜 기간 투자하기 어려운 분야인 만큼 정부가 장기적으로 지원해야 다양한 산업으로 확산해 수출 경쟁력까지 만들 수 있다”고 덧붙였다.
 서지혜 기자 wise@sedaily.com
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