[인터뷰] 과학기술의 원천성과 창의성의 가치를 제고한 세계적 석학

[시사매거진 김원규 기자]  ‘분자조립 나노소재’분야 확립한 세계적인 석학

세계 최초로 산화그래핀의 액정구조를 발견한 카이스트 신소재공학과 김상욱 교수는 최초의 과학기술을 추구하여 국제적으로 인정받는 다수의 원천기술을 만들어낸 학자다. 나노소재들을 분자 수준에서 조립하여 신소재를 제조하는 ‘분자조립 나노소재’ 분야를 확립하여 이 분야의 세계적인 석학으로 인정받고 있다.

세계 최초로 산화그래핀 액정(Graphene Oxide Liquid Crystal)과 단일원자촉매(Single Atom Catalyst)를 개발한 김 교수의 독창적이면서도 파급효과가 큰 연구성과들은 학술지의 양적·질적 수월성만이 주로 강조되어온 국내 학계에 과학기술의 원천성과 창의성의 가치를 새로이 인식시키는 데 기여한 업적으로 인정받고 있다.

그 결과 대통령상과 국무총리상을 모두 수상하고, 이달의 과학자상과 카이스트 학술대상까지 받은 세계적으로 저력 있는 학자다.

김상욱 교수는 카이스트에서 박사 취득 후 미국 위스콘신대학교에서 박사후연구원으로 재직하던 시기에 분자조립제어 개념을 세계 최초로 확립하여 Nature, Science 지에 발표했다. 당시 연구 주제는 신소재 분야의 세계적 난제였던, 나노단위 구조를 스스로 형성하는 고분자를 과연 나노패턴 상에서 결함 없이 정밀하게 제어할 수 있는가에 관한 것이었다.

이 난제를 연구하던 김 교수는 마침내 문제를 해결하는 데 성공하여 2003년 Nature 지에 연구 논문이 게재되는 쾌거를 이루었다.

김 교수는 “반도체 리소그래피의 DSA 분야가 이 연구에서 생겨난 분야다”라며 “반도체에서 최근 EUV 리소그래피를 많이 사용하는데 에너지 소비가 지나치게 크다는 단점이 있다. 이를 극복할 수 있는 나노리소그래피 기술로써 전세계에서 유수의 반도체 회사들이 DSA분야를 연구하고 있는 중이다”라고 설명했다.

2004년에 카이스트 신소재공학과에 부임한 이래로 현재까지 총 300여 편 이상의 학술논문을 발표했고, 누적 인용 수는 31,000회를 돌파했다. 이러한 연구성과를 인정받아 2018년에는 Clarivate Analytics에서 Highly Cited Researcher를 수상했고, 2020년에는 최연소로 한국과학기술한림원 정회원으로 선정되었다. 현재는 다차원 나노조립제어 창의연구단, 그래핀산화물 액정섬유센터 단장을 수행했고, 한국과학기술원 공과대학 부학장, 나노융합연구소장 등을 맡아 수행하고 있다.

산화그래핀 소재화의 실용화를 이루다

3년 전 산화그래핀 신소재에 대한 원천특허를 가지고 교원창업기업 ㈜소재창조를 설립한 김 교수는 그래핀 제조회사 ‘그래핀올’과의 M&A를 통해 협력하며 산화그래핀 소재의 실용화에 노력을 기울이고 있다. 대표적인 성과로 칫솔모에 산화그래핀 기술을 접목한 항균칫솔인 ‘그래핀 칫솔’을 세계 최초로 상용화한 것을 들 수 있다.

이 제품은 최근 홈쇼핑에서 1년 남짓한 기간동안 1,000만 개가 판매되는 기록적인 성공을 이루었다. 또한 김 교수는 나노소재 원천기술을 섬유에 접목하여 땀 냄새 제거와 항균 작용의 효과를 높이는 데 성공했다. 이를 통해 앞으로 스포츠의류나 군인용품, 우주분야, 심해, 레깅스, 군인용 방탄, 우주복 등 다양한 섬유분야에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

실제로 이러한 기술력을 바탕으로 국내 연구진이 세계 최초로 ‘그래핀’으로 제작한 도복이 지난해 프랑스 파리올림픽에서 대한민국 태권도 시범단에 의해 착용되었다.

또한 김 교수는 “그래핀 섬유의 미래 기술로서 인공근육 섬유를 들 수 있다. 섬유에 들어있는 그래핀은 레이저로 빛을 쐬어주면 스스로 열을 내어 섬유가 줄어들게 한다. 섬유형태의 물질이 강한 힘으로 줄어들면 그것이 인공근육이 될 수 있다”고 설명했다.

김 교수는 유행하는 연구분야보다 새로운 불모지를 연구하는 것이 좋고, 과학기술자는 좀 더 원천적, 근원적, 미래가치가 큰 것을 연구해야 한다고 생각한다. 그래서 연구를 거듭하면서 ‘인공근육’, ‘산화그래핀’과 같은 새로운 소재 개발을 지속적으로 추구해왔다. 처음에는 그 가치를 인정받지 못하는 경우도 있었지만 시간이 지나면서 그 가치는 더욱 견고해지고 있다.

그래서일까. 김 교수는 ‘산화그래핀이 우리의 실생활과 더욱 다양하게 연결된다면 얼마나 더 나은 세상일까’하는 더 큰 가능성을 믿고 있다. 김 교수는 “새로운 원천소재 성과물이 잘 성장해 간다면 우리나라의 다양한 산업분야에 적용할 수 있는 큰 혜택을 볼 수 있다”고 말한다.

소신과 의지를 가지고 도전한다면 더 큰 가능성을 열 수 있다고 피력한 김 교수 “좋은 성과도 내고 훌륭한 제자도 배출해 더할 나위 없지만, 과학기술의 본질적 의미가 무엇일까? 생각도 하게 된다”고 말한다.

“과학 본연의 가치를 창출하는 게 나의 임무”

과학의 본질적인 가치를 창출하는 게 큰 숙제라는 김 교수는 “과학기술의 본연의 임무는 우리가 살고 있는 물리적 세상을 좀 더 깊고 넓게 이해하며, 더 낫게 향상시키는 것이 아닐까”라고 피력한다.

과학은 현대인의 모든 삶에 닿아 있다. 현재 과학은 모든 것들과 떼려야 뗄 수 없는 것이라 해도 과언이 아니다. 그래서 김 교수는 더 적극적으로 과학적 인재를 양성해야 한다고 목소리를 낸다.

“미국의 애플이나 아마존과 같은 혁신적 기업들이 우리나라에도 많이 나와야 한다. 이 기업들이 도전을 통해 새로운 가치를 창출했듯이 우리도 과학기술의 미래에 희망을 심어주어야 한다”라고 말하는 김 교수는 “과학적 꿈을 이룰 수 있는 인재들을 양성하고 새로운 원천기술들을 신산업으로 발전시켜 우리의 미래를 밝히자”라는 메시지를 남겼다.