그래핀의 220배 전기 전달, 튼튼한 '멕신 섬유' 탄생

한태희 한양대 교수 연구팀, 멕신 섬유 제작 성공
유연성과 기계적 특성으로 웨어러블 적용, 산업적 응용 기대
멕신섬유 제조 단계. 멕신의 전구체로부터 멕신을 합성하는 연구(알루미늄 레이어 제거 방법), 멕신을 섬유 형태로 조립하는 연구(배향된 구조 생성 방법), 제조된 멕신을 응용하는 연구 (구조와 특성의 정확한 측정)의 순서로 이루어진다.<사진= 한국연구재단> 멕신섬유 제조 단계. 멕신의 전구체로부터 멕신을 합성하는 연구(알루미늄 레이어 제거 방법), 멕신을 섬유 형태로 조립하는 연구(배향된 구조 생성 방법), 제조된 멕신을 응용하는 연구 (구조와 특성의 정확한 측정)의 순서로 이루어진다.<사진= 한국연구재단>

그래핀 섬유에 버금가는 전기전도도를 갖고 기존보다 튼튼한 멕신(MXene) 섬유가 나왔다.

한태희 한양대 교수 연구팀이 상온에서 높은 전기전도도를 유지하면서 멕신 나노물질을 섬유화하는데 성공했다고 7일 밝혔다.

멕신은 탄소와 티타늄 같은 중금속원자로 이뤄진 얇은 판 모양이다. 전기전도성이 그래핀과 같이 뛰어나면서 동시에 우수한 분산성을 가져 다양한 응용이 기대되는 물질이다.

멕신 나노입자를 섬유화하려면 고순도, 고농도의 멕신 용액을 제조하고 응고하는 기술이 필요하다. 기존에는 이뤄진 연구는 멕신을 포함한 복합체 섬유를 제조했으나 전기전도도가 낮았다. 또 멕신 시트간의 약한 결합, 분산액의 낮은 한계 농도, 멕신의 작은 시트 사이즈 등 문제가 멕신 섬유화를 어렵게 했다.

연구팀은 기존에 많이 사용되던 고분자 기질을 사용하지 않고 순수한 멕신만으로 습식 방사 방식의 자기조립을 이용해 상온에서 미터 길이 수준의 멕신 섬유를 만들어냈다. 개발된 공정으로 섬유를 수미터 길이로 연속적으로 제조하는데 성공했다.

이 멕신 섬유는 그래핀에 버금가는 전기전도성(7713 S/cm)과 외부에 저항하는 강성(30 GPa)을 나타냈다. 순수 멕신 섬유의 전기전도도는 기존의 멕신 복합 섬유보다 27~107배, 그래핀 섬유보다 12~220배 우수했다. 또 순수 멕신 필름의 전기전도도 보다 약 3배 우수했다. 현재 강성은 기존에 보고된 멕신 섬유의 강성보다 약 10배정도 높다는게 연구팀의 설명이다.

특히 개발된 멕신 섬유는 높은 유연성과 우수한 기계적 특성을 보였다. 연구팀은 멕신 섬유를 LED 조명의 전선과 전기 신호를 이어폰으로 전송하는 케이블에 적용, 기능들이 정상적으로 이뤄지는 것을 확인했다.

연구팀 관계자는 "제조된 멕신 섬유는 전도성이 높고 1m 이상의 긴 길이를 가지기 때문에 웨어러블 디바이스 제조가 가능하고, 가스 감지 효과도 있어서 의복형 센서로도 이용 가능할 것으로 보인다"면서 "저온 공정을 통한 높은 전기전도도 특성은 산업적으로 응용이 가능할 것으로 예상된다"고 말했다.
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