나노기술 및 정책 정보

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● 한국과학기술연구원의 구본철 박사, 수원대학교의 류성우 교수, 스페인 IMDEA Materials Institute의 Juan Jose Vilatela 박사 공동연구팀이 초고강도·초고탄성 탄소나노튜브 섬유 소재를 개발

● 지구 표면과 우주기지를 연결하여 로켓보다 훨씬 저렴하게 사람과 물자를 운송할 수 있게 해주는 ‘우주 엘리베이터’를 현실화시키기 위해서는 매우 가벼우면서도 튼튼한 소재가 필요

● 탄소나노튜브는 강철보다 100배 이상 강한 강도를 가지지만 무게는 4배 이상 가벼운 신소재로 우주, 국방, 항공 분야 등에서 주목받고 있지만, 탄소나노튜브를 섬유화할 경우 인접한 탄소나노튜브와의 접촉면적이 작고, 길이가 짧아 물성이 저하되는 문제가 있어 광범위한 사용이 어려웠던 상황

● 기존 연구는 탄소섬유의 강도와 탄성율을 동시에 향상시키기 위해 탄소나노튜브를 약 1% 정도만 첨가하는 방향으로 이루어진데 반해 연구팀은 기존 탄소섬유 전구체인 고분자와 피치를 사용하지 않고 탄소나노튜브 단독 섬유를 제조

● 연구팀은 대량생산이 가능한 습식섬유 제조공정을 통해 고밀도·고배향 탄소나노섬유를 제조한 후, 고온에서 열처리하여 흑연구조를 포함한 다양한 형태의 특이 구조로 전환하여 탄소나노튜브 접촉 면적이 늘어나도록 유도

● 이렇게 제조한 탄소나노튜브 섬유는 기존 탄소섬유가 보유하지 못한 초고강도(6.57GPa)·초고탄성(629GPa) 특성을 동시에 나타내었으며 유연성을 나타내는 매듭강도까지 높아 많은 응용을 가능하게 함

※ Science Advances 게재(2022.04.22.), “Ultrahigh strength, modulus, and conductivity of graphitic fibers by macromolecular coalescenc”

※ 과학기술정보통신부, KIST 개방형 연구사업 및 지역혁신 선도연구센터사업 지원