KAIST, 홍합접착제 이용 성능 높인 '그래핀 섬유' 개발

카이스트(KAIST) 신소재공학과 김상욱 교수 연구팀이 흑연계 그래핀을 이용, 우수한 물성을 갖는 신개념의 탄소섬유를 개발했다고 17일 밝혔다.

김 교수 연구팀은 자연계의 홍합에서 영감을 얻어 개발된 고분자인 도파민의 접착 성질에 주목했다.

다양한 분야에서 연구되는 도파민을 이용하면 그래핀 층간의 접착력을 증가시켜 구조적 결함을 방지하는 효과를 기대할 수 있다.

일반적인 그래핀 섬유 단면(사진 왼쪽)과 도파민을 이용해 두단계로 결함이 제어된 후의 그래핀 섬유 단면 전자현미경 이미지(사진 오른쪽)./사진제공=KAIST

연구팀은 이를 통해 구조적 결함이 제어된 고강도의 탄소섬유 제작에 성공했다.

또 폴리도파민의 탄화과정을 통해 전기전도도 역시 향상된 섬유를 제조하는 데 성공했다.

연구팀은 도파민에 열처리를 가하면 그래핀과 유사한 구조를 갖는다는 이론을 바탕으로 그래핀 액정상에서 도파민의 고분자화 조건을 최적화했고 이를 섬유화해 기존 그래핀 섬유의 본질적인 결함 제어 문제를 해결했다.

아울러 도파민의 구조 변환을 통해 기존 고분자의 근본적 한계인 전도도 측면에서 손해를 보지 않으면서, 도파민 분자에 존재하는 질소의 영향으로 전기전도도 측면에서도 물성이 향상되는 것을 확인했다.


연구를 주도한 김상욱 교수는 "그래핀 액정을 이용한 탄소섬유는 기술적 잠재성에도 불구하고 구조적 한계를 극복해야 하는 어려움이 있었다" 며 "이번 기술은 추후 복합섬유 제조 및 다양한 웨어러블 직물기반 응용소자에 활용 가능할 것"이라고 말했다.

한편, 이번 연구 논문은 재료과학분야 국제 학술지인 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)' 10월 4일자 표지논문으로 선정됐다.