김선정 한양대 교수팀, 네이처 자매지 발표…에너지 기반 산업 기여 기대

그래핀을 이용해 거미줄보다 6배, 방탄조끼로 사용되는 합성섬유 케블라보다 12배 이상 우수한 기계적 특성을 갖는 인공근육 섬유가 국내 연구자들의 주도로 개발됐다. 김선정 한양대학교 교수팀은 그래핀과 탄소나노튜브가 결합된 나노구조가 인공근육 섬유 제조 과정에서 스스로 배열하는 특성을 이용해 기계적 특성이 우수한 인공근육 신소재 개발에 성공했다고 2일 밝혔다. 이번 연구 결과는 네이처 자매지인 '네이처 커뮤니케이션' 1일자로 게재되기도 했다. 인공근육 소재는 강하고 유연하면서 전기적 특성이 우수해야 한다.

그래핀과 탄소나노튜브와 같은 나노물질은 기계적, 전기적 특성이 매우 우수해 고강도 나노복합소재 개발에 널리 사용돼 왔다. 그러나 2차원 면구조로 된 그래핀을 결합해 섬유 형태로 제조하는 것은 매우 어려워 주로 탄소나노튜브 기반의 인공근육 섬유 연구에 초점을 맞춰 왔었다. 탄소나노튜브 역시 뛰어난 물리적 특성에도 불구하고 섬유 제조 과정에서 탄소나노튜브들이 인력에 의해 서로 엉켜 섬유의 기계적 특성을 향상시키는 데 한계가 있어왔다. 이는 인공근육 소재 개발을 진행하는 연구자들이 해결해야 할 과제이기도 했다. 김 교수팀은 거미줄의 나노구조가 배열하는 원리인 생체모방 차원에서 아이디어를 얻어 그래핀과 탄소나노튜브를 물리적으로 결합시켰다. 그 결과 나노구조가 스스로 배열하는 특성을 이용해 섬유제조 공정에서 추가적인 열처리 또는 인장 방법없이 간단한 공정으로 섬유의 기계적 특성을 향상시킬 수 있었다. 김 교수팀이 개발한 그래핀·탄소나노튜브 복합체 섬유는 기존 탄소 기반 섬유와 달리 고무 밴드에 바느질을 할 수 있는 질기고 유연함을 지니고 있는 것은 물론, 고강도 스프링 형태로도 만들어질 수 있어 외부 비틀림에 강하다는 특성도 갖고 있다.

김 교수는 "이번에 개발한 새로운 그래핀 섬유는 인공근육 뿐만 아니라 센서와 액추에이터, 에너지 저장 등으로 활용될 수 있어 에너지 기반 산업에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.
 

▲신민균 박사와 이보미, 김시형, 이재아 학생이 인공근육 섬유 제조를 위해 함께
실험을 진행하고 있다.
ⓒ2012 HelloDD.com
저작권자 © 헬로디디 무단전재 및 재배포 금지