KIST·서울대 공동연구팀 “상용화 핵심 기술로 활용”
국내연구진이 항공기, 자동차, 2차전지, 반도체 등의 분야에서 각광받는 초경량 도체성 금속 ‘탄소나노튜브’를 성능 저하없이 빠르게 만드는 기술을 개발했다.
한국과학기술연구원(KIST) 탄소융합소재연구센터 김승민 박사, 기능성복합소재연구센터 정현수 박사, 서울대학교 재료공학부 박종래 교수로 이뤄진 공동연구팀이 기존 탄소나노튜브섬유 제조법의 장점만을 융합, 탄소나노튜브섬유를 빠르게 제조하는 방법을 개발했다고 1일 밝혔다.
탄소나노튜브는 현재 길이가 밀리미터 수준에도 미치지 못하는 수준으로 짧아 실제 소재로 활용하지 못하고 있다. 이를 극복하기 위해 볏짚을 꼬듯이 꼬아 섬유화시키는 연구가 진행중이다.
탄소나노튜브섬유 제조법은 탄소나노튜브 합성부터 섬유화까지 한 번에 이뤄지는 ‘직접방사법’과 탄소나노튜브를 용매에 분산해 섬유화 하는 ‘습식방사법’으로 나뉜다.
직접방사법의 경우 탄소나노튜브가 합성이 되는 동시에 바로 섬유로 생산이 가능해 시간을 고려한 공정 측면에서 유리하나 생산되는 섬유 내부의 밀도와 탄소나노튜브간의 정렬도가 떨어져 기계적 강도 및 전기전도도가 떨어지는 단점이 있다.
습식방사법은 탄소나노튜브간 정렬도·밀집도가 향상된 섬유제조가 가능하나 제조에 시간과 노력이 많이 소요된다. 또 직접방사 섬유에 비해 많이 무거운 단점이 있다.
연구진은 기존 두 가지 제조법의 장점만을 결합, 새로운 제조법을 개발했다.
직접방사법은 공정이 비교적 간단하지만 만족할 만한 성능이 나오지 않아 후처리 공정이 필요했다. 연구진은 이 후처리공정에 습식방사법에서 사용되는 용매와 응고방식을 적용시켰다.
연구진은 “이 방법으로 제조한 탄소나노튜브섬유는 탄소섬유만큼이나 단단하고, 금속 소재에 버금가는 전기전도도를 보유하고 있으며, 일반 섬유와 같은 유연성을 갖는다”며 “향후 우주, 항공 분야는 물론 웨어러블(착용형) 전자 소자, 센서, 복합 소재 등 여러 응용 분야에 핵심 소재로 활용될 수 있을 것”이라고 설명했다.
또 “이번에 개발한 제조법은 탄소나노튜브의 합성에서부터 섬유화 및 고강도화를 위한 집적화 공정까지 수 분내에 이뤄진다”며 “향후 탄소나노튜브섬유를 상용화하는 데 있어 핵심 기술로 활용될 것”이라고 덧붙였다. 이번 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’에 게재됐다.
