▲ 맥신 섬유 제조의 단계 / 먼저 멕신의 전구체로부터 멕신을 합성하는 연구(알루미늄 레이어 제거 방법), 멕신을 섬유 형태로 조립하는 연구(배향된 구조 생성 방법), 제조된 멕신을 응용하는 연구 (구조와 특성의 정확한 측정)의 순서로 이루어진다 출처 : 한양대학교 한태희 교수  © 특허뉴스

그래핀 섬유에 버금가는 전기전도도를 갖는 멕신 섬유가 나왔다.

나노입자 형태의 멕신을 웨어러블 디바이스 등에 활용하기 위해서는 구조적 변형에 유리하도록 섬유화하는 과정이 필요한데, 기존에는 이 과정에 첨가되는 물질들로 인해 멕신의 전기전도도가 낮아지는 것이 문제였다.

한국연구재단은 한양대학교 한태희 교수 연구팀이 상온에서 높은 전기전도도를 유지하면서 멕신 나노물질을 섬유화했다고 7일 밝혔다.

탄소와 티타늄 같은 중금속원자로 이뤄진 얇은 판 모양의 멕신은 전기전도성이 그래핀과 같이 뛰어나면서 동시에 우수한 분산성을 가져 다양한 응용이 기대되는 물질이다.

연구 전개 과정에 대해 한태희 교수는 “멕신의 섬유화를 위해서는 기존의 3가지 문제인 ▲멕신의 작은 크기 ▲멕신 용액의 낮은 농도 ▲멕신의 겔화를 해결해야 했다. 연구팀은 지난 10년 동안 수행해온 2차원 나노소재에 대한 기초연구들을 바탕으로 멕신의 섬유화를 위한 3가지 문제를 해결하였다”고 밝혔다.

멕신 나노입자를 섬유화하려면 고순도, 고농도의 멕신용액을 제조하고 응고하는 기술이 필요했다.

이에 연구팀은 기존에 많이 사용되던 고분자 기질을 사용하지 않고 순수한 멕신만으로 습식방사 방식의 자기조립을 이용해 상온에서 미터 길이 수준의 멕신 섬유를 만들어냈다. 만들어진 멕신 섬유는 그래핀에 버금가는 전기전도성(7713 S/cm)과 강성(30 GPa)을 나타냈다.

이번 성과와 관련해 한태희 교수는 “기존에는 멕신의 조립성이 부족하여 순수 멕신 섬유를 제조하는데 어려움이 있었다. 대안으로써 조립성이 우수한 다른 소재에 멕신을 첨가한 복합 섬유를 제조한 연구들이 있는데, 제조된 복합섬유는 멕신의 함량이 낮아 전기적 성능이 부족하였다”며 “본 연구에서는 100% 멕신 함량을 가지면서 기계적 강도와 전기적 특성이 우수한 섬유를 제조한 것이 특징이다”고 밝혔다.

▲ 멕신 섬유의 전기적, 기계적 성능 비교 / 멕신 섬유의 전기전도도를 기존의 연구된 섬유들과 비교하였다. 순수 멕신 섬유의 전기전도도는 기존의 멕신 복합 섬유보다 27~107배 우수하였으며, 그래핀 섬유보다 12~220배 우수하였다. 또한 순수 멕신 필름의 전기전도도 보다 약 3배 우수했다. 이는 멕신 연구를 위해서는 소재의 멕신 순도의 중요성과 섬유화를 이용한 구조형성의 중요성을 강조한다 출처 : 한양대학교 한태희 교수  © 특허뉴스

섬유화를 통해 조립밀도가 높아지고 배향성이 향상되어 멕신 복합체 섬유들보다 전기전도도가 약 평균 20배, 순수 멕신 필름보다 3배 정도 높아졌다는 설명이다. 강성은 현재 기존에 보고된 멕신 섬유의 강성보다 약 10배 높은 수준이다.

실용화에 대해 한태희 교수는 “멕신섬유의 우수한 전기전도도는 전도성 섬유를 필요로 하는 웨어러블 일렉트로닉스, 엑츄에이터, 전선 등에 활용될 수 있다. 또한 멕신 섬유를 위해 개발된 고농도 멕신 용액 제조 기술은 용액 분산성과 전기전도성이 동시에 우수하기 때문에 기존의 전도성 잉크, 접착제, 프린팅 소재 등에 이용될 수 있다”며 “실용화를 위해서는 최적화 연구와 파일럿 스케일의 대량 생산 연구가 필요할 것으로 보인다”고 밝혔다.

이번 연구는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 6월 4일 게재되었다.