한양대 한태희 유기나노공학과 교수팀이 단국대 이원준 교수 연구팀과 함께 지난 20일 비틀림 특성이 우수한 그래핀 탄성섬유를 공동 개발했다. 

기존 연구는 측정과 해석의 용이성 때문에 대부분 인장특성을 강화하는데 초점을 두고 진행됐다. 이에 연구팀은 그래핀 입자들이 강한 인력으로 결합된 동시에 높은 배향도를 가지도록 막대형태의 탄소나노튜브로 시트형태의 그래핀을 튼튼하게 연결하고 섬유를 연신해 높은 배향도를 가진 섬유를 제조했다. 이렇게 얻은 섬유는 금속보다 8배, 고분자보다는 300배 강한 강도를 나타냈다. 무게별 강도비율(단위: MPa1/2 cm3 g-1)이 19로 슈퍼섬유 탄소섬유보다 더 가볍고 강한 것이 특징이다. 특히, 탄소섬유는 비틀림보다 당기는 힘에 매우 잘 견디는 반면 그래핀섬유는 비틀림을 더 잘 견디는 매우 이례적인 성질을 보였다.

연구팀은 이번에 제시한 나노조립 섬유의 비틀림 강도 측정 방법과 탄성 측정방법이 나노물질 조립체의 강도 특성 연구에 폭넓게 응용될 것으로 기대하고 있다. 우수한 비틀림 특성이 요구되는 인공근육이나 센서는 물론 높은 전단강도를 필요로 하는 자동차, 항공, 기계, 건축재료 강도향상을 위한 연구에도 기여할 것으로 기대된다.

한 교수는 “비틀림 강도와 탄성이 우수한 그래핀 섬유는 장시간 안정적으로 방사가능한 공정을 확보하고 있어 연속적인 대량생산 가능성이 높다”고 말했다. 한국연구재단 지원으로 수행된 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 게재됐다. 논문 제목은 ’Carbon nanotube-reduced graphene oxide fiber with high torsional strength from rheological hierarchy control’ (유변학적 계층 조절을 통한 비틀림 강도가 우수한 탄소나노튜브-그래핀 섬유)이다.