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이원준 교수, 슈퍼섬유보다 가볍고 단단한 ‘그래핀 탄성섬유’ 개발
분류 학술
작성자 홍보팀 가지혜
날짜 2021.01.25
조회수 1,683
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비틀림 우수한 그래핀 탄성섬유…금속보다 8배, 고분자보다 300배 강해

우리 대학 이원준 교수(고분자시스템공학부)와 한양대 한태희 교수(유기나노공학과) 공동 연구팀이 비틀림에 강한 그래핀 탄성섬유를 개발했다. 그래핀이란 탄소원자로 이뤄진 얇은 막을 의미한다. 이 섬유는 슈퍼섬유라 불리는 탄소섬유보다 가볍고 단단하며 비틀림에 강해 향후 강력한 인공 근육이나 센서 등에 폭넓게 응용될 것으로 큰 기대를 모으고 있다.


▲ 왼쪽부터 이원준 교수(고분자시스템공학부), 엄원식 박사, 한태희 한양대 교수

최근 금속보다 인장강도가 강해 슈퍼섬유로 유명한 탄소·아라미드·HDPE섬유 등은 첨단 산업 소재로 주목을 받고 있다. 인장강도란 물체가 잡아당기는 힘에 견딜 수 있는 최대한의 응력을 말한다. 이 교수 공동 연구팀이 개발한 그래핀 탄성섬유는 금속보다 8배, 고분자보다는 최대 300배 강한 강도를 나타낸다. 또한 무게별 강도는 슈퍼섬유인 탄소섬유보다 더 가볍고 단단한 것으로 밝혀졌다.

이 교수는 “이 섬유는 그래핀 입자들이 강한 인력으로 결합 돼 있으며 동시에 섬유 다발이 일정한 방향으로 배열되도록 막대 형태의 탄소나노튜브로 그래핀을 튼튼하게 연결했다. 특히 이번 연구를 통해 개발한 그래핀 탄성섬유는 기존의 그래핀 섬유보다 강한 전단 강도[53MPa → 914 MPa(메가파스칼: 응력의 단위)]를 가진다”며 “특히 비틀림에 강해 사람의 근섬유보다 N배 더 강한 인공 근육 제조 가능성을 제시했다”고 설명했다.

▲ 그래핀 탄성섬유 내부 구조 및 디자인 모식도

▲ 그래핀 탄성섬유와 기존 물질들의 밀도 및 전단 강도 비교

또한 이 교수는 “이번 탄성 그래핀 섬유제조 연구를 통해 비틀림 특성에 대한 새로운 많은 연구가 이뤄질 것으로 기대 한다”며 “비틀림 특성이 요구되는 인공 근육이나 센서등은 물론 높은 전단 강도를 필요로 하는 자동차, 항공, 기계, 건축 재료 등의 강도 향상 연구에 기여 할 수 있을 것”이라고 전했다.

연구결과는 지난 2021년 1월 15일 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 게재됐다. 논문 제목은 ’Carbon nanotube-reduced graphene oxide fiber with high torsional strength from rheological hierarchy control’ (유변학적 계층 조절을 통한 비틀림 강도가 우수한 탄소나노튜브-그래핀 섬유)이다.