김상욱 교수팀 "폴리 도파민으로 그래핀 층간 접착력 높여"
한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 김상욱 교수 연구팀이 흑연계 그래핀을 이용해 우수한 물성을 갖는 신개념 탄소 섬유를 개발했다고 17일 밝혔다.
꿈의 신소재로 불리는 그래핀은 학계에서 가장 관심 높은 연구 분야다.
활용도에 대한 기대가 매우 크기 때문이다.
최근에는 그래핀 액정을 이용한 값싼 습식 섬유 공정을 통해 기존 탄소 섬유보다 저렴하게 제조할 수 있을 것이라는 보고가 있었다.
그러나 현재까지의 공정으로는 섬유 형성 과정에서 그래핀 층이 접히는 구조적 결함이 발생한다.
이는 탄소 섬유의 기계적 물성뿐만 아니라 전기전도성을 취약하게 만든다.
김 교수 연구팀은 문제점 해결 방안으로 폴리 도파민((poly-dopamine)에 주목했다.
도파민은 자연계의 홍합에서 영감을 얻어 개발된 접착제다.
연구팀은 도파민에 열처리를 가하면 그래핀과 유사한 구조를 갖는다는 이론을 바탕으로 그래핀 액정 상에서 도파민 고분자화 조건을 최적화했다.
이를 섬유화해 기존 그래핀 섬유의 본질적인 한계를 극복했다.
도파민 구조 변환을 거쳐 전기전도도 측면에서 물성이 향상하는 것도 확인했다.
김상욱 교수는 "그래핀 층간 접착력을 높여서 고강도·고 전도도를 갖게 한 것"이라며 "직물 형태의 다양한 웨어러블 장치용 원천소재로 활용할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.
연구는 KAIST 신소재공학과 박정영 교수·한국과학기술연구원(KIST) 정현수 박사 지원을 받아 수행했다.
김인호 박사과정이 1 저자로 참여한 연구 논문은 '어드밴스드 머티리얼즈'(Advanced Materials) 4일 자 표지에 실렸다.