한태희 유기나노공학과 교수가 비틀림에 강한 그래핀 탄성섬유를 단국대학교 고분자시스템공학부 이원준 교수와 공동 개발했다. 한 교수가 개발한 그래핀 탄성섬유는 비틀림 특성을 강화해 범용성을 넓혔다. 그는 “이번 연구가 비틀림 특성이 필요한 분야의 연구 발전에 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

그래핀은 탄소가 2차원적인 층을 이룬 물질이다. 그래핀은 강한 화학적 내구성, 높은 기계적 강도와 전기전도도를 가진다. 한 교수는 “그래핀으로 섬유를 이루면 장점을 활용한 소재를 만들 수 있다”며 “높은 전기전도도를 활용해 전선을 만들거나 가벼운 무게로 전기자동차를 만드는 등 여러 가지 제품의 소재로 사용이 가능하다”고 말했다.

단점도 있다. 보통 한 장의 그래핀을 빌딩 블록이라 비유한다. 그래핀 섬유는 빌딩 블록 여러 개가 모여 이뤄진다. 빌딩 블록 한 개는 잘 부러지지 않지만, 여러 개가 모인 그래핀 섬유는 구조적 결함으로 부러질 수 있다.

그래핀 섬유 비틀림 관련 실험은 난이도가 높고 해석이 복잡하다. 비틀림 강도와 탄성이 높은 나노 섬유의 연구는 미해결 과제였다. 그래핀 섬유는 인장강도(물체가 잡아당기는 힘에 견딜 수 있는 최대한의 응력)에 비해 낮은 비틀림 강도를 가지는 단점도 있다. 한 교수는 “그래핀 섬유의 장점을 살리며 단점을 극복하기 위해서 이번 연구를 시작했다”고 말했다.

그래핀 섬유의 비틀림 특성을 강화하기 위해 한 교수는 그래핀 섬유 사이에 카본나노튜브를 넣어 결합했다. 카본나노튜브는 그래핀 사이에 결합해 비틀림 변형에 견디고 그래핀 시트에 힘을 고르게 전달하는 역할을 한다.

한 교수가 개발한 그래핀 탄성섬유는 가벼우면서도 금속보다 8배, 고분자보다는 최대 300배 강한 강도를 가진다. 그는 “그래핀 탄성 섬유는 비틀림 특성이 필요한 인공 근육 개발이나 자동차, 로봇, 비틀림 특성이 필요한 전선, 고강도 섬유 소재 개발에 사용될 것”이라고 말했다.

그래핀 탄성섬유 개발에 이어 한 교수는 전류 허용용량이 큰 그래핀 전선을 개발 중이다. 그는 “그래핀 전선이 기존 전선보다 가벼우면서도 전류 허용용량이 큰 장점을 주목해 연구하고 있다”며 “해당 기술이 개발되면 전기자동차나 드론 개발의 핵심 소재로 사용될 것으로 기대한다”고 말했다.

한 교수는 소재 연구에 관한 관심의 필요성을 언급했다. 그는 “좋은 제품이 만들어지기 위해서는 신소재 개발이 필연적”이라며 “앞으로도 소재 개발 및 연구가 활발히 이뤄지길 원한다”고 말했다. 해당 논문은 지난 15일 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications)에 게재됐다.