KAIST 초경량 다기능성 그래핀 나노복합소재 개발

항공기와 인공위성용 등 응용 가능서 제시

기능기화를 통한 GNP의 표면개질 기술에 대한 개념도와 제도된 나노복합소재의 기계적 특성 평가 결과

KAIST 신소재공학과 홍순형 교수 연구팀이 고분자 기지 내 2차원 나노 소재인 그래핀 나노플레이트렛(GNP)을 복합화해 초경량 다기능성 나노복합소재를 개발했다.

이번 기술은 항공기와 인공위성용 초경량 소재, 전자파 차폐용 스텔스 소재 등 다양한 분야에 적용 가능할 것으로 기대된다.

그래핀 나노플레이트렛은 현존하는 소재 중 가장 물성이 우수한 2차원 나노 소재로 제조 단가를 낮출 수 있는 기술이 개발되면서 상용화가 유망해진 신소재다.

최근 그래핀 연구가 활발히 진행되면서 기존 소재와 혼합된 복합소재로 다양한 상업적 응용 가능성이 커지고 있지만, 기지에 첨가 시 응집현상이 일어나는 단점이 있어 기존 강화재료보다 경쟁력이 부족했다.

연구팀은 문제 해결을 위해 가지 내 그래핀 나노플레이트렛이 표면을 기능기화 물질인 멜라민으로 개질했다. 멜라민이 가진 벤젠 구조를 이용한 파이 결합을 통해 연구팀은 멜라민을 매개체로 그래핀 나노플레이트렛과 기지소재 사이에 강한 화학결합을 유도했다.

이 기능기화에 의한 표면개질 기술은 재료의 새로운 특성을 형성해 사용 조건을 만족하는 기능을 부여하는 기술이다. 이 기술을 통하면 그래핀 나노플레이트렛 표면에 결함을 만들어 줄 필요가 없어 그래핀 나노플레이트렛의 우수한 특성을 최대로 활용할 수 있다.

연구팀의 그래핀 나노복합소재 기술은 비공유 기능기화에 의해 그래핀을 기지 내에 균일하게 분산시킬 수 있으며, 생산성을 크게 향상한 고에너지 밀링공정 기술을 개발해 물성 향상과 더불어 산업계 상용화 가능성을 높였다.

이번 연구는 주목받는 신소재인 그래핀 나노플레이트렛의 응집현상을 기능기화 공정을 통해 해결하는 동시에 그래핀 나노복합소재의 상용화 가능성을 제시했다는 면에서 의미를 가진다.

홍순형 교수는 “항공기와 인공위성용 초경량 소재, 내습과 내산화용 배리어 소재, 투명 유연전자소재, 전자파 차폐용 스텔스 소재 등 다양한 분야에 적용 가능하다”며 “단일 공정을 이용해 그래핀 표면을 개질하고 기지 소재 내 균질 분산시킨 물성이 극대화된 나노복합소재 제조를 위한 원천기술이다”고 설명했다.
이해미 기자 ham7239@