김상욱 교수팀, 칼국수면처럼 납작하게 만들어 내구성 3배↑
국내 연구진이 성능 높은 그래핀 섬유를 개발해 그래핀의 활용 범위를 넓혔다.
김상욱 한국과학기술원(KAIST) 신소재공학교 교수 연구팀은 그래핀의 새로운 현상을 세계 최초로 발견, 이를 응용해 새로운 형태의 그래핀 섬유를 구현했다고 13일 밝혔다.
2차원 물질인 그래핀은 열과 전기가 잘 통하고 내구성이 좋아 여러 분야에서 신소재로 각광받고 있다. 그래핀을 섬유 형태로 만들어 직물처럼 짜면 웨어러블 기기의 소재로 활용할 수 있다.
하지만 이제껏 제대로 된 그래핀 섬유는 만들어지지 못했다. 밀가루 반죽으로 국수 가락을 뽑듯 노즐을 통해 그래핀 섬유를 뽑아내는 일반적인 섬유화 공정을 거칠 경우 그래핀의 구조가 변형돼 성능이 저하되기 때문이다.
연구팀은 노즐의 단면 모양에 주목했다. 물질들은 보통 섬유화되면 국수면처럼 동그란 단면을 갖게 된다. 하지만 2차원 물질인 그래핀은 칼국수면처럼 납작한 단면으로 섬유를 뽑아야 구조의 변형 없이 성능을 발휘할 수 있다는 것을 연구팀이 발견했다.
노즐을 납작한 단면으로 바꾼 후 만든 그래핀 섬유는 기존 원형 단면 구조일 때보다 전기전도성이 1.5배, 단단함이 3.2배 높아졌다. 납작한 만큼 쉽게 구부러져 웨어러블 기기의 소자로 활용할 수 있다.
김 교수는 "납작한 그래핀 섬유는 잘 부러지는 기존 탄소 섬유의 문제를 해결할 수 있고 마스크의 필터 소재로도 사용할 수 있다"고 말했다.
연구성과는 미국화학회(ACS)가 발행하는 국제학술지 ‘ACS 센트럴 사이언스(ACS Central Science)’ 7월호에 표지논문으로 선정됐다.