두께 0.7나노미터(100억분의 7m), 강도는 강철의 100배. 그러나 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 반도체 실리콘보다 100배 이상 빠르게 전자를 이동시킬 수 있는 꿈의 소재가 바로 미래 핵심 신소재로 각광받고 있는 꿈의 신소재 ‘그래핀(Graphene)’의 특징이다.

학계 최고의 관심을 받고 있는 ‘그래핀’에 대한 연구를 전북대 BIN융합공학과(대학원) 타파스 큘라(Tapas Kuila·박사후 연구원), 정봉주씨(석사과정) 등으로 구성된 연구팀(지도교수 이중희)이 논문으로 발표해 최근 홍콩에서 개최된 ‘제20회 신소재공정 및 제조에 관한 국제 심포지움(PFAM XX)’에서 우수논문상을 수상하는 등 큰 주목을 받았다.

이들은 이번 국제 심포지움에서 ‘고성능 선형저분자폴리에틸렌/그래핀 나노복합재료의 제조와 특성(Preparation and Characterization of High Performance LLDPE/Graphene Nanocomposites)’이라는 주제의 논문을 발표했다.

이번 연구는 미래 꿈의 신소재로 학계 가장 큰 주목을 받고 있는 ‘그래핀’(Graphene)을 이용해 가열하면 쉽게 변형되는 열가소성 고분자 수지에 혼합하여 나노복합재료를 제조할 수 있는 기술.

‘그래핀’(Graphene)은 카본의 단위 원자들이 평판을 이루는 구조로 되어 있는 것으로 그 존재가 불가능하다고 최근까지 여겨져 왔던 재료인데, 최근 들어 안드레 가임(네덜란드·2010년도 노벨 물리학상 수상자)이 연구를 통해 존재가 밝혀지게 돼 미래 신소재로 각광을 받고 있다.

그래핀은 평면 구조로 두께가 아주 작은 입자이기 때문에 잘 뭉치는 성질을 가지고 있어 이를 산업에 응용하기 위해 사용되는 복합재료 제조 시 다른 재료와 혼합하기가 매우 어려운 특징이 있다.

전북대 연구팀 이번 연구는 이러한 어려운 점을 극복한 것. 우선 그래핀 표면을 화학적으로 변형시켜 유기용매에 잘 분산되도록 만든 후, 가열하면 쉽게 변형되는 열가소성 수지인 폴리에틸렌을 녹인 유기용액과 혼합한 후 진공 중에서 건조시키는 방법으로 복합재료 제조에 성공하는 데 성공했다.

이번 연구를 통해 제조된 그래핀 복합재료는 불과 1%의 그래핀을 첨가했을 경우에 기존 폴리에틸렌 재료에 비해 기계적 물성이 62%나 획기적으로 개선되는 것으로 나타나 관련 분야 학계에서 큰 주목을 받았다.

이를 통해 개발된 신소재는 우수한 물성과 전기 전도성, 투명성을 지니고 있어 앞으로 기능성 필름 등의 제조나 코팅, 대전방지 등의 소재로 널리 사용될 수 있을 것으로 기대되고 있다./윤복진기자