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그래핀섬유- 탄소섬유의 새로운 동향

전문가 제언: ○ 그래핀은 플렉시블하고 신축성이 있으며 강도가 강철의 100배나 되지만 원자 1개의 두께에 불과한 신소재로서 그 제조방법과 이용방법 탐색을 위해 과학자들이 노력하고 하고 있는 신물질 중 하나다. 플라스틱의 출현이나 철의 이용과 동일한 정도로 세계를 크게 바뀔 가능성을 가진 비밀스러운 물질이다.

○ 강도가 강화되고 다양한 기능성을 가진 새로운 섬유의 개발이 가속화되고 있으며 이 중에서 그래핀섬유가 최근 기계적 강도 및 기능과 성능 면에서 기대가 큰 새로운 탄소계섬유로 대두되고 있다. 탄소나노튜브(CNT)와 그래핀은 각 1차원 및 2차원의 독립적인 탄소결정체로서 sp2-하이브리드 탄소원자의 고유한 공유결합을 가지고 있어 이들 두 탄소결정은 아주 높은 기계적 강도를 가진다. 그래핀의 경우에는 130 GPa의 기계강도와 1.1TPa의 탄성율을 가진다.

○ 2차원의 위상학적 구축블록을 가진 그래핀섬유는 구조와 특성에서 극단적인 비대칭 형태로서 그래핀의 매력적인 기계적, 전자적인 특질은 평면방향에 존재한다. 그래핀섬유를 연속적으로 충분한 고품질로 제조하기 위해서는 용액으로 가공할 수 있는 그래핀을 규모에 맞게 합성할 수 있고 그래핀의 구조를 연속적으로 규칙적으로 배열하고 구축블록 사이의 결합을 재조정해야 한다. 그래파이트로부터 그래핀섬유를 제조하는 “그래핀 LC 습식방사” 방법이 최근 확립되었다.

○ 한양대 전기생체공학부 연구팀은 그래핀과 탄소나노튜브를 물리적으로 결합하여 기계적 특성이 우수한 인공섬유 소재개발에 성공하였으며 삼성전자는 성균관대 신소재공학부와 공동으로 웨이퍼 크기의 대면적 단결정 그래핀을 성장시키는 방법을 개발하는 등 그래핀 연구가 가속되어 실용화가 기대된다. 본고는 새로 개발된 그래핀섬유의 개념과 제조방법, 구조적인 특성, 기계적 특성과 기능을 중점으로 설명한 것으로 이 분야 연구에 참조가 될 것으로 사료된다.

저자: Zhen Xu, Chao Gao
자료유형: 학술정보