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탄소나노튜브 옷 머지않았다






탄소나노튜브의 반격이 시작됐다.

2010년 노벨 물리학상에 꿈의 신소재로 불리는 ‘그래핀’의 연구자가 선정되고 각종 성과가 발표됐다. 그러자 그래핀 이전 꿈의 신소재로 각광 받던 ‘탄소나노튜브’는 뒤안길로 밀리는 듯했다. 하지만 올해 초 탄소나노튜브는 상용화에 박차를 가하며 재기를 노리고 있다. 신소재가 발견된 뒤 상용화 수준까지 개발되는 데 걸리는 시간은 대개 20년. 마침 올해는 1991년 탄소나노튜브가 발견된 지 20년이 되는 해다.

탄소나노튜브는 나노 규모의 세계에서 다이아몬드만큼 강하고 구리처럼 전기가 잘 통한다. 다만 이런 특성을 유지한 채 길게 늘이기 어려워 상용화가 쉽지 않았다. 그러나 최근 미국 텍사스주립대 알렌 맥달마이드 나노텍 연구소는 탄소나노튜브로 기능성 섬유를 만드는 데 성공해 국제학술지 ‘사이언스’ 7일자에 발표했다.

연구팀은 대나무 숲처럼 탄소나노튜브가 빽빽하게 들어선 ‘탄소나노튜브 포레스트’에서 탄소나노튜브 여러 가닥을 실을 뽑듯 추출해 밧줄처럼 꼬았다. 꼬이기 전 탄소나노튜브 가닥은 빼곡한 부챗살 형태를 이루는데 이 위에 특정 물질을 첨가하면 완성된 섬유는 탄소나노튜브 특유의 강도와 첨가물의 특성을 함께 갖게 된다.

‘리튬인산철’을 넣으면 고성능 리튬 이온 전지의 특성을 가진 섬유가 나온다. 전기를 저장할 수 있으면서도 유연하고 튼튼한 옷을 만들 수 있어 입는 컴퓨터나 미래형 군복을 만들 때 쓰일 수 있다. 광촉매인 ‘이산화티타늄’을 넣으면 때를 스스로 정화하는 ‘자가 세정’ 의복의 재료가 되며 마그네슘과 붕소 입자를 섞으면 전기저항이 0에 가까운 초전도 섬유가 된다.









공동저자인 오지영 텍사스주립대 연구원은 “기능성 탄소나노튜브 섬유의 응용 사례도 논문에 포함됐다”며 “조만간 상용화될 것으로 기대한다”고 말했다. 현재 나노텍 연구소는 1초에 2m의 속도로 섬유를 제작해 사람의 머리카락 굵기의 두께로 천을 짤 수 있다. 이 천은 기계로 세탁해도 원래 기능이 거의 손실되지 않는다.

탄소나노튜브를 일정한 길이로 자르기 어려운 것도 상용화의 걸림돌이었다. 강한 산성 용액에 탄소나노튜브를 넣고 초음파를 쪼여 잘게 자르는 기술은 1990년대에 이미 개발됐지만 그 원리가 정확히 밝혀지지 않아 정밀한 공정에 어려움을 겪었다. 최근 한국과학기술연구원(KIST) 하이브리드 계산과학센터는 슈퍼컴퓨터를 이용해 탄소나노튜브가 잘리는 원리를 이론적으로 계산한 뒤 실험으로 증명했다. 이 내용은 지난해 12월 영국왕립학회지와 국제학술지 ‘네이처’에 실렸다.

KIST 이광렬 센터장은 “액체 속 탄소나노튜브는 초음파가 만든 미세한 공기방울이 붕괴할 때 공기와 액체 사이에 끼여 있다가 길이 방향으로 강하게 압축된다”며 “이때 가운데가 찌그러지며 탄소원자 일부가 튜브구조에서 튀어나간다”고 설명했다. 탄소원자가 빠져나가 약해진 부분은 쉽게 산화돼 끊어진다.

이 센터장은 “이번 연구를 발전시켜 탄소나노튜브를 원하는 길이로 자를 수 있게 되면 초고밀도 반도체나 의약품 연구에 활용할 수 있을 것”으로 기대했다. 수 나노미터 길이의 탄소나노튜브는 도체 사이에 놓아 반도체를 만들 수 있으며 유전자 끝에 꼬리표처럼 붙여 약효가 작용하는 곳을 찾을 수도 있다.

 

 



전동혁 동아사이언스 기자 jermes@donga.com





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