광고 창닫기

수명 다한 탄소섬유 '고기능성 나노소재' 재탄생

KIST, 기능성 탄소나노소재 제조 및 응용 기술 개발
이성호 박사 공동 연구팀은 PAN 계열 탄소섬유를 이용하여 용액공정을 통해 4 nm 정도의 크기 및 3층 이하의 두께를 가지는 고품질의 그래핀 양자점을 합성하는데 성공했다.<사진=KIST 제공>이성호 박사 공동 연구팀은 PAN 계열 탄소섬유를 이용하여 용액공정을 통해 4 nm 정도의 크기 및 3층 이하의 두께를 가지는 고품질의 그래핀 양자점을 합성하는데 성공했다.<사진=KIST 제공>

수명이 다한 탄소섬유를 이용해 고기능성 탄소나노소재로 재활용하는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

탄소 기반 나노 구조체는 단일 소재만으로도 태양전지, 발광다이오드(LED), 바이오 이미징, 광촉매, 센서 등 다양한 분야에 활용 가능하다는 장점이 있다. 산업 현장 및 학계에서 각광받고 있는 소재로 재활용 기술을 통해 경제성까지 높일 것으로 기대된다.

KIST(한국과학기술연구원·원장 이병권)는 전북분원 복합소재기술연구소의 배수강, 이성호 박사 공동연구팀이 폴리아크릴로나이트릴(PAN, Polyacrylonitrile)이라고 불리는 고분자 물질로 제작된 탄소섬유를 이용해 고 결정성과 더불어 균일한 크기 분포도를 가지는 질소가 도핑된 그래핀 양자점을 효율적으로 합성할 수 있는 기술을 개발했다고 18일 밝혔다.

연구팀은 PAN계열 고분자 섬유를 기반으로 하는 탄소섬유를 산(Acid) 용액에서 적정 온도로 가열해 합성하는 하향식 접근법을 이용해 균일한 크기 분포도를 가지는 수 nm(나노미터) 크기의 탄소 구조체를 합성하는데 성공했다. 

해당 공정은 합성된 탄소 구조체에 비해 높은 결정성을 가지는 장점이 있고, 추가적인 후처리 공정 없이 결정성 저해 없는 이종 원소인 질소를 함유한 탄소 구조체를 합성할 수 있다. 또 경제적인 측면에서 수명이 다한 PAN 탄소섬유 및 복합소재를 사용할 수 있어 원료물질의 비용부담이 전혀 없다.

현재 탄소섬유 복합소재를 생산하고 사용하는 산업체에서 재활용 및 폐 복합소재 처리 방안이 큰 이슈인 상황이다. 후지 경제에 따르면 2030년 PAN계 탄소섬유복합재료 시장은 약 40조 8000억 원으로 2015년 대비 관련시장이 4배 가량 급속 성장할 전망이다.

(왼쪽부터)배수강, 이성호 박사<사진=KIST 제공>(왼쪽부터)배수강, 이성호 박사<사진=KIST 제공>
연구팀은 "본 연구가 리싸이클(recycle) 개념을 넘는 기존 물질보다 부가가치가 높은 물질로 전환하는 업싸이클(upcycle) 기술을 제시한다는 측면에서 그 의의가 크다"고 설명했다. 

이 외에도 연구팀이 개발한 소재는 최대 14.5%의 광전변환효율 향상이 가능함을 보임으로써 다양한 응용 분야에 적용 가능함을 시사했다. 연구진은 이번 연구를 바탕으로 하여 고 결정성 탄소나노소재의 물성에 관련된 기초연구와 유·무기 복합 소재 제작, 그 특성에 대한 연구를 진행하고 있다.

배수강 박사는 "추가적인 후처리 공정 없이 이종 원소를 효과적으로 도입함으로써 특성 향상 및 경제성을 크게 높인 것이 장점"이라며 "향후, 탄소나노소재를 함유한 복합소재 분야 발전에 다양하게 응용될 것"이라고 말했다.

연구성과는 '나노에너지(Nano Energy)' 4월호에 게재됐다.
김지영 기자의 다른 기사 더보기
독자의견
로그인 독자분들의 소중한 의견은 과학과 국민을 잇는 밑거름이 됩니다
0/ 300자