카이스트 연구진, 그래핀을 구리와 니켈에 층간 넣어 나노복합소재 개발…네이처 자매지에 실려
한국과학기술원(총장 강성모, 이하 카이스트)은 EEWS대학원 한승민·정유성 교수, 신소재공학과 전석우 교수 공동연구팀이 그래핀을 구리와 니켈에 사이 층에 넣어 순수소재보다 강도를 각 500배, 180배 높인 초고강도 나노복합소재를 개발했다고 3일 밝혔다.
그래핀을 이용한 슈퍼 신소재 개발연구는 미국 육군에서 먼저 시작했다.
그래핀은 강철보다 200배 이상 강하면서도 신축성이 뛰어나고 잘 휘어지는 기계적 특성이 있다. 이 성질을 이용, 미국 육군 국방기술연구소(U.S. Army Armaments Research, Development and Engineering Center)가 그래핀조각을 금속에 섞은 복합 새 소재를 개발했지만 강도를 획기적으로 높이지는 못했다.
카이스트연구팀은 강도를 높이기 위해 금속과 그래핀을 샌드위치처럼 층상구조물의 모양으로 만들었다.
연구팀은 개발된 소재를 이용, 투과전자현미경 안에서의 미세압축실험과 분자동역학 시뮬레이션을 통해 강도 강화효과를 확인했다.
구리-그래핀 다중층물질에선 층간간격 70nm(나노미터) 일 때 순수구리의 500배(1.5GPa, GPa : 1㎡당 1000t의 압력을 견딜 수 있는 단위), 니켈-그래핀 다중층물질의 경우엔 층간간격이 100nm 일 때 순수니켈의 180배(4.0GPa)에 이르는 강도를 나타냈다.
한승민 카이스트 교수는 “개발한 복합신소재에서 그래핀의 질량비율은 0.0004%에 머물지만 강도가 수 백 배 강화되는 놀라운 결과를 얻었다”며 “양산에 성공하면 자동차나 우주항공용 초경량 초고강도 부품을 만들 수 있을 것”이라고 말했다.
그는 또 “이 소재는 차세대 원자로 구조재의 코팅재료나 고신뢰성이 요구되는 구조소재 적용 등 고부가가치사업으로 응용될 가능성이 높다”고 덧붙였다.
이영철 기자 panpanyz@
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