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그래핀보다 220배 전기 잘 통하는 2차원 소재 ‘멕신 섬유' 개발

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한태희 한양대 교수팀, 순수 멕신 섬유 세계 첫 제조
"웨어러블 기기 활용… 저온공정으로 성능 더 높일듯"

현재 쓰이고 있는 그래핀 섬유보다 전기전도도가 최대 220배 높은 2차원 소재 ‘멕신(MXene) 섬유’가 개발됐다.

한국연구재단은 한태희 한양대 유기나노공학과 교수 연구팀이 상온에서 높은 전기전도도를 유지하는 멕신 나노 물질을 섬유화했다고 7일 밝혔다.

탄소 원자로만 이뤄진 그래핀과 달리 멕신은 탄소와 중금속 원자가 섞인 2차원 물질이다. 전기전도도가 높고 유연해 웨어러블 기기 소재로 주목받고 있다.

멕신은 자연 상태에서 나노미터(nm·10억분의 1미터) 크기의 작은 조각 형태로 존재하기 때문에 실제로 사용하기 위해서는 이 조각들을 미터 크기로 이어붙이는 ‘섬유화’ 과정이 필요하다. 하지만 현재의 멕신 섬유는 나노 조각들이 서로 떨어지기 쉬워 접착물질을 첨가한 형태로만 만들어지고 있다. 이렇게 만든 멕신 섬유는 전기전도도가 낮아진다는 단점이 있다. 반면 순도 100%의 순수 멕신 섬유는 현존하는 그래핀 섬유를 능가하는 전기전도도를 가질 수 있어 전세계 학계가 이를 만들려는 시도를 해왔다.

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순수 멕신 섬유를 만드는 과정. /한국연구재단 제공

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이번에 연구팀은 ‘습식방사 방식’을 통해 미터 크기의 순수 멕신 섬유를 세계 최초로 만들었다. 습식방사 방식은 방향이 제각각인 멕신 나노 조각들을 물에 고농도로 녹인 후 좁은 통로로 용액을 방사시켜 조각들이 모두 한 방향을 이루도록 만든 후 쉽게 이어붙이는 방식이다.

이렇게 만든 순수 멕신 섬유의 전기전도도는 현존하는 그래핀 섬유보다 최소 12배에서 최대 220배까지 높게 측정됐다. 내구성 또한 현재 접착물질을 첨가한 멕신 섬유보다 10배 높게 나타났다.

이번에 개발된 멕신 섬유는 상온에서 만들어졌는데, 저온 공정을 거치면 더 높은 전기전도도를 구현하고 산업 환경에서의 활용이 가능할 것으로 기대된다.

연구팀은 "제조된 멕신 섬유는 전기전도도가 높고 1m 이상 긴 길이를 가지기 때문에 웨어러블 기기 제조가 가능하고 가스 감지 효과도 있어 웨어러블 센서로도 활용 가능할 것으로 보인다"며 "이번 연구가 다양한 특성을 가진 신소재 섬유들을 만들어 내는 데 범용적으로 활용될 수 있을 것"이라고 기대했다.

이번 연구결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’에 4일자로 게재됐다.

김윤수 기자(kysme@chosunbiz.com)

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