KAIST 이해신 교수 "탄소나노튜브 강도·전기전도도 향상…상용화 앞당겨"
국내 연구진이 홍합이 분비하는 접착물질 성분을 이용해 미래 신소재로 주목받는 탄소나노튜브(CNT)의 기계·전기적 특성을 획기적으로 개선, 탄소나노튜브 상용화를 앞당길 수 있는 기술을 개발했다.
한국과학기술원(KAIST) 화학과 이해신 교수팀은 7일 탄소나노튜브를 실형태로뽑고 홍합 접착물질 성분인 폴리도파민(PDA)을 섞은 다음 1천도의 고온으로 굽는 방법(열분해)으로 기계적 강도는 물론 전기전도도까지 크게 높이는 데 성공했다고 밝혔다.
이 연구 결과는 재료분야 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼스'(Advanced Materials. 6월 3일자) 온라인판 표지논문으로 게재됐다.
탄소나노튜브 한가닥은 강철보다 강도가 높고 전도성도 뛰어나지만 이를 섬유나머리카락같이 실형태로 뽑으면 탄소나노튜브 가닥 사이에 접촉이 좋지 않아 전기적,기계적 물성이 현저히 떨어져 실용화에 걸림돌이 됐다.
탄소나노튜브 섬유의 기계적 물성을 증가시키기 위해 탄소나노튜브 가닥들을 결합시키는 고분자를 섞어주는 연구가 진행됐지만 이 경우 고분자의 절연성질 때문에전기전도도가 떨어지는 문제가 생긴다. 역으로 전기전도도를 높이기 위해 전도성 고분자를 섞어주면 전기적 물성은 좋아지지만, 접착성이 없어 기계적 성질은 나빠진다.
이 교수팀은 이 문제를 해결하기 위해 홍합이 분비하는 접착물질을 모사해 만든 PDA를 탄소나노튜브 섬유에 넣은 다음 1천℃의 높은 열로 2시간 동안 굽는 열분해 과정을 통해 기계적 강도와 전기전도도를 모두 높이는 데 성공했다.
탄소나노튜브 섬유는 그 자체로 강도가 강철보다 16배 높고, 전기전도도가 전극물질인 산화인듐주석(ITO)보다 5배 높지만 연구진이 개발한 공정을 거친 탄소나노튜브 섬유(py-PDA-CNT)는 다시 기계적 강도가 4배, 전기전도도가 6.3배나 더 높아진것으로 나타났다.
이 교수는 탄소나노튜브 섬유에 첨가한 PDA가 열분해 과정에서 일부는 증발해없어지고 일부는 접착력이 있는 6각형 벌집구조의 전도성 막으로 변해 탄소나노튜브가닥들을 서로 엮어주는 역할을 한다고 설명했다.
그는 "핵심은 PDA가 단순히 전도성 물질로 변하는 게 아니라 접착성까지 유지해탄소나노튜브 섬유의 기계적 특성과 전기적 특성을 함께 높여준다는 것"이라며 "이는 탄소나노튜브 상용화에 걸림돌이 돼온 가공과정에서의 물성 저하문제를 해결하는데 기초가 될 것"이라고 말했다.
scitech@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>
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