아주대 공동 연구팀, ‘꿈의 물질’ 그래핀 활용 방법 개발…“초경량·초고강도 특성”

 

아주대학교 공동 연구팀이 ‘꿈의 물질’ 그래핀을 이상적으로 구현할 수 있는 새로운 적층법을 개발했다. 이를 통해 초경량·초고강도 특성을 가진 소재를 구현, 초소형 스마트 기기와 자동차·항공우주 분야에 활용될 전망이다.

 

아주대학교(총장 최기주)가 이재현 교수(첨단신소재공학과·대학원 에너지시스템학과) 연구팀이 삼성디스플레이·부산대학교·한국과학기술연구원(KIST) 연구진과 함께 원자층 두께의 단층 그래핀을 물에 띄운 상태로 말아 올리는 부유식-적층 공법을 개발했다고 18일 밝혔다.

 

아주대 공동 연구팀은 이 공법을 통해 수백 층의 그래핀이 고분자 필름 내부에 일정한 간격으로 적층배열된 세계 최고 성능의 초경량·초고강도·고열전도 복합소재를 제조하는 데 성공했다.

 

‘꿈의 물질’ 그래핀(graphene)은 두 개 이상의 물질이 결합 되어 각각의 물질보다 더 좋은 물성을 나타내는 복합소재의 가장 이상적 형태로 알려져 있다. 강철보다 200배 이상 강하면서도 매우 가볍고 높은 열전도 특성이 있는 데다, 탄소 원자 한 층의 두께를 대면적으로 생산해 낼 수 있다는 장점을 가지고 있어서다.

 

하지만 실제 그래핀 기반 복합소재의 특성을 일정 수준 이상으로 끌어올리는 데에는 한계가 존재했다. 연구팀은 이 같은 어려움을 해결하기 위해 부유식 공법(floating method)에 주목했다. 부유식 공법은 작은 힘에도 쉽게 깨지는 낮은 밀도의 유리를 높은 밀도의 용융 주석 (Molten Tin) 위에 띄워 원하는 두께와 크기로 가공할 수 있는 방법이다.

 

연구팀은 이러한 과정을 반자동화 공정으로 구현, 복합소재를 제조했고 적층 간격과 크기, 두께 등을 원하는 대로 조절했다. 또한 제조한 복합소재의 강도와 탄성계수가 혼합물의 법칙(rule of mixture)을 그대로 따르는 것을 확인했다.

 

이재현 아주대 교수는 “이번에 개발한 복합소재는 일괄공정이 가능하며 크기와 두께를 자유롭게 구현할 수 있어 그래핀 복합소재의 양산화를 가능하게 할 것”이라며 “지속적인 추가 연구를 통해 궁극적으로는 초소형 스마트 전자기기 및 우주 항공·자동차 산업에 사용되는 초경량·고강도 복합소재로의 활용이 가능할 전망”이라고 말했다.

 

한편 논문은 ‘부유식-적층법으로 제작된 그래핀-PMMA 복합소재(Float-stacked graphene-PMMA laminate)’라는 제목으로 나노 분야의 저명 학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 3월 온라인판에 개재됐다.