홍합의 접착제 성분에 착안해 성능을 더욱 향상시킨 탄소섬유가 개발됐다.
한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 김상욱 교수 연구팀이 흑연계 ‘그래핀(탄소원자로 만든 원자 크기의 벌집모양 소재)’을 이용한 신개념 탄소섬유를 개발했다고 16일 밝혔다.
이번에 개발된 탄소섬유는 홍합접착제로 잘 알려진 ‘폴리도파민(poly-dopamine)’을 이용, 그래핀의 층간 접착력을 높여 고강도·고전도도를 갖는 것이 특징이다. 이 신소재는 직물형태의 각종 웨어러블 장치의 원천 소재로 활용될 전망이다.
최근 그래핀 액정을 이용해 값싼 습식 섬유공정을 거칠 경우, 기존 탄소섬유보다 훨씬 저렴한 탄소섬유의 제조가 가능하다는 사실이 규명됐다.
그러나 지금까지의 공정으로는 섬유 형성 과정에서 그래핀 층에 접힘 현상이 발생해 공극(孔隙), 즉 틈이 발생한다는 문제점이 있었다. 이 같은 결함은 탄소섬유의 기계적 물성 뿐 아니라 전기전도성도 취약하게 만든다.
연구팀은 홍합에서 영감을 얻어 개발된 고분자인 ‘도파민’의 접착 성질에 주목했다. 도파민을 이용할 경우 그래핀의 층간 접착력을 증가시켜 구조적 결함을 방지하는 효과를 기대할 수 있었기 때문이다.
이 방법을 통해 연구팀은 구조적 결함이 제어된 고강도의 탄소섬유 제작에 성공하고, 폴리도파민의 탄화과정을 통해 전기전도도가 향상된 섬유를 제조하는 데에도 성공했다.
김상욱 교수는 “그래핀 액정을 이용한 탄소섬유는 기술적 잠재성이 높지만 구조적 한계를 극복해야 하는 한계가 있었다”며 “이번 기술은 복합섬유 제조 및 다양한 웨어러블 직물기반 응용소자에 활용 가능할 것”이라고 말했다.
한편 김인호 박사과정이 1저자로 참여한 이번 연구는 재료과학분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’ 4일자 표지논문으로 선정됐다.
대전=전희진 기자 heejin@kmib.co.kr
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