(좌) 연속적으로 제조한 탄소나노튜브 섬유 (우) 탄소나노튜브 섬유와 상용화된 탄소섬유의 물성 비교 그래프

한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 전북 복합소재기술연구소의 구본철 박사 연구팀이 ‘K-Lab’으로 선정되어 액정방사 기술을 활용한 초고성능 탄소나노섬유 소재기술 개발을 추진한다고 17일 밝혔다.

기존의 폴리아크릴로니트릴(PAN)계 탄소섬유는 강도가 높지만 탄성률이 낮으며, 피치계 탄소섬유는 강도보다는 탄성률이 높은 특징이 있다. 탄소섬유 강도와 탄성률을 동시에 확보할 수 있는 탄소나노튜브 섬유를 구본철 박사 연구팀은 기존의 탄소섬유 전구체인 고분자와 피치를 사용하지 않고 탄소나노튜브 단독 섬유 제조기술로 이미 개발한 바 있다.

이렇게 제조한 탄소나노튜브 섬유는 기존 탄소섬유가 보이지 못한 강도와 탄성률이 동시에 강화된 초고강도(6.57GPa)?초고탄성(629GPa) 특성 뿐만 아니라 매듭강도까지 우수하여 유연성이 높아 많은 응용이 기대되고 있으며, 연구결과는 Science 자매지인 ‘Science Advances’(IF: 14.14, JCR 6.25%) 최신 호에 게재되었다.

연구팀은 ‘K-Lab’으로서 탄소나노튜브섬유의 기계적 및 전기적 물성을 보다 향상시키기 위해 액정방사기술을 적용한 섬유 방사공정 개발을 추진한다. 이를 통하여 기존의 탄소섬유 전구체를 탄소나노물질과 복합화하여 강도, 탄성률 등이 우수한 차세대 탄소섬유 뿐만 아니라 구리 수준의 비전기전도도를 갖는 초고성능 섬유를 제조할 수 있는 기술적 토대를 갖추는 것을 목표로 한다.

구본철 박사는 “탄소섬유 분야 후발 주자인 대한민국이 탄소나노튜브 소재를 이용해 해당 분야를 선도할 수 있는 차세대 탄소섬유 제조기술로서 우주·국방·항공 산업의 미래 먹거리를 창출하고 소재 강국으로 진입하는 중요한 기술”이라고 연구의 의의를 설명했다.

KIST 전북 복합소재기술연구소(김진상 분원장)는 2017년부터 4U복합소재개발사업을 추진하여 우주환경용 4가지 초물성(초경량·초고강도·초고전기전도도·초고열전도도) 소재 개발을 이끌었으며, 美 NASA, 한국재료연구원, 전북대, 인하대, 동아대 등과의 공동연구를 통해 세계적인 연구결과를 도출하고 있다.