국내 연구진이 초경량 다기능성 그래픽 나노복합소재를 개발했다. 항공기와 인공위성용 초경량 소재 및 전자파 차폐용 스텔스 소재 등 다양한 용도로 활용할 수 있는 소재다.
KAIST(총장 신성철)는 홍순형 신소재공학과 교수팀이 2차원 나노소재인 '그래핀 나노플레이트렛(GNP)' 표면을 개질해 초경량 다기능 나노복합소재를 개발했다고 5일 밝혔다.
GNP는 화합물 박리로 만든 다층구조 그래핀으로 현존하는 2차원 소재 가운데 가장 물성이 뛰어나다. 전도성과 탄성이 뛰어나지만 고분자 물질과 섞일 때 응집하는 성질이 있어 복합소재 개발 및 상용화가 어려웠다. GNP 입자 사이에 서로를 당기는 '반데르발스 힘'이 작용해 고분자 물질 사이에 분산되지 않게 된다.
연구팀은 GNP에 '멜라민'을 결합하는 방법으로 응집 문제를 해결했다. 멜라민은 분산되는 힘이 강한 물질로, 반데르발스 힘을 상쇄시키는 역할을 한다. 그래핀과 멜라민 내 탄소가 화학결합하는 '파이파이 결합' 현상을 이끌어내 멜라민과 그래핀이 서로 맞닿게 한 뒤 고에너지 밀링공정으로 압력을 가하는 식이다.
이렇게 만든 개질 GNP는 고분자 안에서도 응집하지 않아 쉽게 복합소재화 할 수 있다. 에폭시에 GNP를 균질하게 분산시키면 항복강도가 기존 대비 1.4배, 탄성계수는 2배 높은 복합소재를 만들 수 있다.
홍순형 교수는 “GNP 활용 분야는 우주용 초경량 소재, 내습 및 내산화용 배리어 소재, 투명 유연전자소재, 전자파 차폐용 스텔스 소재 등 다양하다”며 “단일 공정으로 물성을 극대화한 나노복합소재를 만들 수 있게 됐다”고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
