한국과학기술연구원(KIST)은 탄소융합소재연구센터 김승민 박사, 기능성복합소재연구센터 정현수 박사, 서울대 재료공학부 박종래 교수 공동 연구팀이 기존 탄소나노튜브섬유 제조 방법의 장점을 융합해, 매우 가벼우면서 높은 강도와 전기전도도를 갖는 탄소나노튜브섬유를 빠르게 제조하는 방법을 개발했다고 1일 밝혔다.

탄소나노튜브는 기존 소재보다 우월한 물성을 보유해 탄소섬유를 뛰어넘을 소재로 큰 기대를 받고 있다. 하지만 길이가 밀리미터 수준에도 미치지 못할 정도로 매우 짧아 실제 소재로 활용하지 못하고 있다. 이를 극복하기 위해 볏짚을 꼬듯이 꼬아 섬유화시키는 연구가 진행되고 있다.

탄소나노튜브섬유를 제조하는 방법은 크게 한 번에 합성부터 섬유화까지 진행하는 직접방사법과 용매를 이용해 섬유화하는 습식방사법으로 분류한다. 세계의 연구자들은 이 두 가지 방식 중 하나에 매진해 연구하고 있다. 그러나 아직까지 기존보다 뛰어나지 못하거나 제조 공정이 복잡해 상용화까지는 이르지 못하고 있다.

KIST 연구진은 기존 두 가지 탄소나노튜브섬유 제조법에서 장점을 융합해 새로운 제조 방법을 개발했다. 직접방사법은 공정이 간단한 반면 만족할 만한 성능이 나오지 않아 후처리 공정이 필요했다. KIST 연구팀은 이 후처리공정에 습식방사법에서 사용하는 용매와 응고방식을 적용시켰다. 이 방법으로 제조한 탄소나노튜브섬유는 탄소섬유만큼이나 단단하고, 금속 소재에 버금가는 전기전도도를 보유했다. 또 일반 섬유 같은 유연성을 갖췄다.

앞으로 우주와 항공 분야는 물론 웨어러블 전자 소자, 센서, 복합 소재 같은 다양한 분야에서 핵심 소재로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

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KIST 탄소융합소재연구센터 김승민 박사는 “기존 산업에 사용되는 소재의 물성을 능가할 수 있는 탄소나노튜브섬유를 매우 효율적으로 제조할 수 있는 방법을 제시했다는 데 본 연구의 중요성이 있다”고 강조 하고, "향후 확보된 탄소나노튜브섬유 제조 기술을 더욱 발전시키는 데 매진하겠다"고 밝혔다.

이번 연구는 세계적 학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 최신호에 게재됐다. 또 관련 기술을 한국과 미국에 특허 등록했다.

박응서 테크엠 기자  gopoong@techm.kr