홍합 이용, 고성능 그래핀 섬유 개발

홍합 이용, 고성능 그래핀 섬유 개발 

 

한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 김상욱 교수팀은 직물 형태의 다양한 웨어러블 장치 만드는 원천 소재 기반을 마련했는데, 그래핀 액정에 자연에서 얻을 수 있는 접착 성분을 더해서 고성능 탄소 섬유를 만드는 기술을 개발했다고 2018년 10월 17일 밝혔다. 홍합 접착제로 알려진 도파민(dopamine)으로 구조 결함을 없앤 그래핀 액정 섬유 제조 기술을 개발한 것이다.

 

그래핀 액정은 그래핀 플레이크가 액체 안에 분산됐을 때, 고체와 같은 결정성을 띠는 것을 이용한다. 이를 이용해 그래핀 섬유를 만들 수 있는데, 그래핀 배열 방향을 쉽게 조절할 수 있어 고기능성 소재를 만드는데 유리하다. 값싼 습식 공정으로 기존 탄소 섬유 보다 저렴한 섬유 제조도 가능하다. 하지만, 섬유 형성 과정에서 그래핀 층 접힘 현상이 발생해서 공극이 생기는 문제가 있었다. 이런 구조 결함은 강도와 같은 기계 물성이나 전기 전도성을 낮춘다. 연구팀은 접착성 고분자인 도파민의 접착 성질을 이용해 문제를 해결했다. 도파민으로 그래핀 층간 접착력을 증가시켜 구조 결함을 방지하는 방식이다. 관건은 도파민의 성질 변환이다.

 

도파민(dopamine)은 전기 전도도가 떨어져서 본래 상태로는 활용하기 어렵다. 연구팀은 도파민에 열을 가하면, 그래핀과 유사한 구조를 갖는다는 것에 착안해서 그래핀 액정 상의 도파민을 최적화 했다. 또한 도파민 분자 내 질소의 영향으로 오히려 전기 전도도가 향상되는 것을 확인했다. 이 결과로 전기 전도도 손해 없이 그래핀 섬유의 결함 제어 문제를 해결했다. 연구팀은 이번 기술 개발로 그래핀 액정 활용성 및 다양한 분야 적용 가능성을 높였다고 설명했다. 김상욱 교수는 “그래핀 액정을 이용한 탄소 섬유는 기술 잠재성에도 불구하고, 구조 한계가 있었다”며, “이번 기술 개발로 복합 섬유 제조 및 다양한 웨어러블 직물 기반 응용 소자에 활용할 수 있게 됐다”고 말했다.