연구성과

탄소나노튜브 섬유 제조공정 조건 획기적으로 개선

자성 금속 나노입자 코팅한 나노복합체 로봇도 제작

‘Nature Communications’, ‘Advanced Science’ 연달아 게재

▲ 화학공학과 양승재 교수

화학공학과 양승재 교수팀이 초고강도 탄소나노튜브 섬유 합성 성능을 높이고 이를 이용해 나노복합체 로봇을 개발했다.

양승재 교수팀은 서울대학교 박종래 교수팀, 한양대학교 위정재 교수팀과 함께 탄소나노튜브 섬유의 합성 과정에서 후처리 공정(Post-treatment) 없이 성능을 비약적으로 향상시켰다. 탄소나노튜브 섬유는 성능 향상을 위해 보통 후처리 공정을 거치는데, 롤러를 추가로 도입해 후처리 공정을 생략했다. 또한 성능 향상 메커니즘을 인-시투(In-situ) 라만 분석법을 이용해 상세히 규명했다.

또한 뼈의 계층적 내부구조를 모사한 자성 금속 나노입자를 탄소나노튜브 섬유 표면에 코팅한 나노복합체 로봇을 제작했다. 나노복합체 로봇은 기존 고분자 기반 로봇에서 발견되지 않았던 집합 거동을 보였다. 이러한 움직임은 해수면에 부유하는 미세 플라스틱을 한데 모아 이동시키거나 다양한 물질을 원하는 장소로 옮기는 데 이용할 수 있다.

이번 연구들은 기존 초고강도 탄소나노튜브 섬유의 생산에 있어 제조 공정 조건을 획기적으로 개선하고 탄소나노튜브 섬유 로봇이라는 새로운 응용처를 발견하였다는 점에서 그 연구 우수성을 인정받아 국제저명학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’와 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’에 연달아 게재 승인을 받았다.

연구팀은 간단한 방법으로 탄소나노튜브 섬유의 강도를 비약적으로 향상시켰다. 더불어 이를 이용해 기존에 없었던 새로운 응용 가능성을 검증했다는 면에서 향후 탄소나노튜브 연구를 더 가속화할 수 있는 발판을 마련했다.

양승재 화학공학과 교수는 “고강도, 고전도성을 갖는 탄소나노튜브 섬유는 전기차, UAM 등 미래 모빌리티에서 경량화와 성능 향상을 위해 각광받는 핵심 나노 소재다”라며, “상업화 가능성을 검증할 수 있는 추가적인 실험을 통해 탄소나노튜브 섬유의 상용화에 한 걸음 더 다가갈 수 있도록 노력하겠다”라고 밝혔다.

한편, 이번 연구들은 한국연구재단의 기초연구실사업, 한국과학기술연구원의 개방형 연구 프로그램(Open Research Program) 4U사업, 한국재료연구원의 기본 연구 프로그램(Fundamental Research Program) PNK7340 사업의 지원을 받았다.

▲ 새롭게 개발된 탄소나노튜브 섬유 제조법

▲ 뼈의 계층적 내부구조를 모사한 탄소나노튜브 섬유 기반 나노복합체