[더리포트=이진수기자] ‘우주 엘리베이터’는 지구 표면과 우주기지를 연결하여 로켓보다 훨씬 저렴하게 사람과 물자를 운송할 수 있게 해준다. 이 우주 엘리베이터를 현실화시키기 위해서는 매우 가벼우면서도 튼튼한 소재가 필요하다. 

탄소나노튜브는 강철의 100배 이상 강한 강도를 가지지만 무게는 4배 이상 가벼운 신소재다.

이와관련 국내연구진이 초고강도-초고탄성 탄소나노튜브 섬유 소재를 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 전북 복합소재기술연구소 탄소융합소재연구센터 구본철 박사 연구팀이 수원대학교(총장 박철수) 류성우 교수 연구팀과 스페인 임데아 머터리얼스 연구소(IMDEA Materials Institute) 빌라텔라 박사(Dr. Juan José Vilatela) 연구팀과의 공동연구 성과다.

6일 한국과학기술연구원에 따르면 기존 폴리아크릴로니트릴(PAN)계 탄소섬유는 강도가 높고 탄성률이 낮으며, 피치계 탄소섬유는 강도보다는 탄성률이 높은 특징이 있다.

탄소섬유 강도와 탄성률을 동시에 향상시키는 연구는 탄소나노튜브를 약 1% 정도의 소량만 첨가하는 방향으로 이루어진데 반해, KIST-수원대-IMDEA 공동연구팀은 기존 탄소섬유 전구체인 고분자와 피치를 사용하지 않고 탄소나노튜브 단독 섬유를 제조하였다.

연구진은 대량생산이 가능한 습식섬유 제조공정을 통해 고밀도-고배향 탄소나노섬유를 제조한 후, 고온에서 열처리하여 흑연구조를 포함한 다양한 형태의 특이 구조로 전환시켰다. 

이를 통해, 탄소나노튜브 접촉 면적이 늘어나도록 하였다. 이렇게 제조한 탄소나노튜브 섬유는 기존 탄소섬유가 보이지 못한 초고강도(6.57GPa)-초고탄성(629GPa) 특성을 동시에 보이며 유연성을 나타내는 매듭강도까지 높아 많은 응용이 기대되고 있다.

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

또한 “탄소나노튜브 기반 초고강도·초고탄성 탄소섬유 제조 원천기술은 확보하였으나 핵심소재인 이중벽 탄소나노튜브 대량생산 기술이 선행되어야 초고성능 탄소섬유 양산이 가능한 상황”이라며 국가적 차원의 지원 및 산업계의 관심이 필요하다고 밝혔다.

​이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙) 지원으로 KIST 개방형 연구사업 및 지역혁신 선도연구센터사업으로 수행되었으며, 연구결과는 ‘Science Advances’(IF: 14.14, JCR 6.25%) 최신 호에 게재되었다.