꿈의 신소재로 불리는 그래핀은 그 활용도가 높아 다양한 분야에서 연구가 진행 중이다.
최근에는 그래핀 액정을 이용한 값싼 습식 섬유 공정을 통해 기존 탄소섬유보다 저렴하게 제조할 수 있는 방법이 규명됐다. 그러나 현재까지의 공정으로는 섬유 형성 과정에서 그래핀 층이 접히는 구조적 결함이 발생한다. 이런 구조적 결함은 탄소섬유의 기계적 물성뿐 아니라 전기전도성을 취약하게 만든다.
김 교수 연구팀은 문제점 해결 방안으로 폴리 도파민((poly-dopamine)에 주목했다.
도파민은 자연계의 홍합에서 영감을 얻어 개발된 접착제다.
연구팀은 도파민에 열처리를 가하면 그래핀과 유사한 구조를 갖는다는 이론을 바탕으로 그래핀 액정 상에서 도파민 고분자화 조건을 최적화했다. 이를 섬유화해 기존 그래핀 섬유의 본질적인 한계를 극복했다.
도파민 구조 변환을 거쳐 전기전도도 측면에서 물성이 향상하는 것도 확인했다.
김상욱 교수는 “이번 기술은 향후 복합섬유 제조와 다양한 웨어러블 직물기반 응용소자 개발에 활용될 것”이라고 말했다. 연구는 KAIST 신소재공학과 박정영 교수·한국과학기술연구원(KIST) 정현수 박사 지원을 받아 수행했다.
김인호 박사과정이 1 저자로 참여한 연구 논문은 '어드밴스드 머티리얼즈'(Advanced Materials) 지난 4일자 표지에 실렸다.
조재근 기자 jack333@cctoday.co.kr