기초과학연, 12번 접은 '그래핀 복합체' 개발... 단순 적층보다 기계특성 강해

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그래핀을 12번 접은 복합체를 구현해 소재 강도를 높이는 연구 성과가 나왔다.

기초과학연구원(IBS·원장 김두철)은 로드니 루오프 다차원 탄소재료 연구단장(UNIST 자연과학부 특훈교수)가 이끄는 연구팀이 '폴딩 대면적 단층 그래핀' 기반 고분자 결합 복합체를 만들었다고 12일 밝혔다.

그래핀 복합체를 12번 접는 과정
<그래핀 복합체를 12번 접는 과정>

연구팀은 화학기상증착법(CVD)으로 만든 그래핀에 400나노미터(㎚) 두께의 폴리카보네이트 필름을 코팅한 후 12번 접는데 성공했다.

이 복합체는 4096층을 가진 3㎜ 두께다. 이렇게 접은 복합체는 박막을 접지 않고 단순히 적층했을 때보다 훨씬 큰 기계적 특성을 보이는 것으로 나타났다. 물질 고유 강성인 '영 계수'가 기존 대비 73.5%나 늘어났다. 강도는 73.2%, 인성 계수는 59.1%나 향상됐다. 전체 시료 중 그래핀이 차지하는 부피가 0.085%에 불과하지만 기계 특성은 크게 강화됐다.

연구팀은 유한요소모델링(FEM)을 사용한 구부러짐 모의실험도 진행했다. 이 결과 접힌 구조가 적층 구조보다 훨씬 강한 굽힘 강성을 보이는 것으로 나타났다.

연구팀은 접힌 구조물의 경우 추가 층간 상호작용으로 더 많은 변형 에너지를 저장하고, 굽힘 저항이 커진다고 설명했다.

루오프 교수는 “2차원 물질을 적층시켜 3차원 다층 복합체를 설계하는데 큰 도움이 될 것”이라며 “다양한 2차원 나노물질을 결합해 에너지 저장, 변환, 열관리에 활용할 수 있다”고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com