김상욱 KAIST 신소재공학과 교수가 개발한 ‘그래핀 칫솔’을 들어보이고 있다.[KAIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] “요즘 홈쇼핑에서 불티나게 팔린다는 화제의 칫솔. 한개당 4500원으로 착한 가격도 아닌데 대체 어떤 비밀이 숨어있는 걸까?”

최근 주요 홈쇼핑에서 6개월만에 600만개나 판매된 칫솔이 있다. 이 칫솔의 대박 비결은 바로 카이스트(KAIST) 김상욱 교수가 개발한 ‘그래핀’ 덕분이다.

그래핀은 탄소원자들이 육각형의 벌집 모양을 형성하며 2차원 평면 구조를 이루고 있는 신소재다. 그래핀의 이론 물성은 강철보다 200배 높은 강도 및 탄성을 가지며 매우 우수한 전기전도도 및 열전도도를 보일 수 있어 꿈의 소재로 각광받아왔다. 하지만 아직까지 산업계에서는 대량생산 및 실용적인 응용제품 개발이 큰 숙제로 남아있었다.

김상욱 교수는 2000년대 초반부터 그래핀 연구에 매진해 온 국가대표급 연구자로 꼽힌다. 그가 보유하고 있는 액정성 산화그래핀 원천소재 특허는 세계표준기구 ISO의 정의에 부합되는 고품질의 그래핀을 용액상으로 제조할 수 있는 신소재 기술이다. 이를 통해 얻어지는 산화그래핀은 탈취, 방균, 세균 박멸 등의 항균 특성을 가지며, 원적외선 발생 및 정전기 방지 등의 다양한 부가 기능을 부여할 수 있다. 또한 용액 공정이 용이하고 대량생산이 가능해 그래핀 제품 상용화에 큰 기여를 할 것으로 기대를 모으고 있다.

김 교수는 “그동안 그래핀 제품화 시도는 많았지만 거의 코팅 수준에 머물렀기 때문에 대부분 실패했다”면서 “이 그래핀 칫솔은 미세모 안에 그래핀이 박혀있기 때문에 쉽게 떨어지지 않아 탄성을 오래 유지시켜 준다”고 설명했다.

김상욱 교수가 그래핀 칫솔에 대해 설명하고 있다.[KAIST 제공]

김 교수는 산화그래핀 원천소재 특허를 바탕으로 2021년 교원창업기업 ㈜소재창조를 설립하고 우수 그래핀 생산회사인 ㈜그래핀올과의 협력을 통해 다양한 그래핀 응용제품을 개발해오고 있다.

이번에 출시된 그래핀 칫솔은 김 교수의 그래핀 신소재 기술과 국내 최고의 칫솔모 제조회사인 비비씨㈜의 미세모 기술이 결합됐다. 기존 칫솔모는 찢어지기 쉽고 내구성이 낮은 반면, 그래핀 칫솔은 그래핀의 우수한 기계적 탄성이 적용되어 뛰어난 세정력 및 내구성을 가진다. 또한 흔히 습한 환경에서 자주 사용되는 칫솔모는 세균 번식이 쉽지만 그래핀 칫솔은 산화그래핀에 의해 항균 특성을 가지게 되어 쾌적하고 안전한 사용이 가능하다.

그래핀 칫솔.[KAIST 제공]

현재 칫솔모외에도 기능성 스포츠 의류, 배개, 가발, 초경합금 등에 그래핀을 적용하는 연구를 진행하고 있다. 실제 포스코, 한화, SK 등 대기업에서도 김 교수의 그래핀에 큰 관심을 보이고 있다.

김 교수는 “가발에 그래핀을 넣으면 전도성이 있어서 정전기 발생이 없고 항균력이 뛰어나다”면서 “동물학대, 위생 이슈가 큰 침구류에 그래핀을 넣으면 복원력 좋고 항균력, 물세탁이 가능한 것도 장점”이라고 말했다.

그는 이어 “전 세계적으로 제대로된 그래핀 제품 상용화는 이번이 최초”라면서 “앞으로 대량생산 스케일업하면 가격은 더 낮출 수 있다”고 덧붙였다.