납작한 단면…잘 부러지는 탄소섬유 단점 해결
다양한 종류의 웨어러블 전자소자에 활용 가능
한국과학기술원(KAIST·총장 신성철)이 기존 응용범위와 성능한계를 넘는 새로운 형태의 그래핀 섬유를 개발했다. '납작한 단면'이 특징이다. 이를 바탕으로 높은 강도와 전기전도성, 유연성을 구현했다.
KAIST는 김상욱 신소재공학과 교수팀이 납작한 단면을 가지는 고성능 그래핀 섬유를 개발했다고 13일 밝혔다.
그래핀은 탄소 원자가 벌집 모양을 이루는 2차원 물질이다. 원자만큼이나 얇다. 이론적으로는 강철보다 100배 강하고 열과 전기 전도성이 매우 뛰어나다.
연구팀은 이를 섬유에 활용해 자체 개발한 소재 맞춤형 방사기술로 섬유를 제조했다. 일반 섬유는 단면이 원형을 이루는데, 그래핀 섬유는 노즐로 방사한 후 평평한 벨트 모양으로 스스로 변형한다.
연구팀에 따르면 원자단위에서 2차원인 그래핀은 섬유에서도 납작한 단면을 이루는 것이 구조적으로 안정적이다. 이 덕분에 단면이 원형인 기존 섬유에 비해 주름과 접힘이 확연히 줄고, 섬유 배열성은 증가했다. 기계 강도는 일반 섬유 대비 3.2배, 전기전도성은 1.5배 향상된 결과를 나타냈다. 또 납작한 면 방향으로는 매우 쉽게 구부러져 유연 섬유 제조에도 적합한 것으로 확인됐다.
연구팀은 이 섬유가 기존 탄소섬유가 가진 문제점을 해결할 수 있다고 설명했다. 그동안 잘 부러진다는 문제가 탄소섬유 활용을 가로막아 왔는데, 그래핀 섬유는 높은 유연성으로 다방면에 활용할 수 있다. 또 그래핀 섬유를 다양한 종류의 웨어러블 전자소자에 활용할 수 있다고 밝혔다.
김상욱 교수는 “그래핀과 같은 2차원 소재로 섬유를 만들면 납작한 벨트 형태의 이상적인 배열구조로 유연성을 갖게 돼 잘 부러지는 기존 탄소섬유 문제를 해결할 수 있다”며 “최근 이슈인 마스크 필터 소재로도 유용하게 사용할 수 있다”고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
