구본철 박사 "강도·탄성률 향상한 탄소나노튜브 섬유⋯우주·항공·국방 미래 먹거리 창출"

KIST 전북복합소재기술연구소 1호 연구자로 입사
탄소섬유 물성 한계 극복, 탄소나노튜브 섬유 개발

한국과학기술연구원(KIST) 전북 복합소재기술연구소 구본철 박사 연구팀이 팬(PAN)계 탄소섬유와 피치(PITCH)계 탄소섬유의 단점을 보완하고 장점을 극대화한 초고성능 탄소나노튜브 섬유 기술 개발을 추진해 우주·항공·국방 산업의 미래 먹거리 창출이 기대된다.

우리에게 알려진 탄소섬유는 고분자인 폴리아크릴로니트릴(PAN) 또는 석유 잔사유인 피치(PITCH)를 이용해 제조하고 있다. 팬계 탄소섬유는 강도가 높지만 탄성률이 낮고, 피치계 탄소섬유는 강도보다 탄성률이 높은 특징이 있다.

이번 연구는 탄소섬유의 강도와 탄성률을 동시에 강화하는 것으로, 탄소나노튜브를 소량(1%) 첨가하는 방향으로 이뤄졌다. 구체적으로 구 박사는 기존 탄소섬유 전구체인 고분자와 피치를 사용하지 않고 탄소나노튜브 단독 섬유를 제조한 뒤, 이를 고온 열처리(흑연화 공정)해 두 물성을 동시에 향상시킨 탄소섬유를 개발했다.

구 박사는 "탄소섬유 분야 후발 주자인 대한민국이 탄소나노튜브 소재를 이용해 해당 분야를 선도할 수 있는 차세대 탄소섬유 제조기술로서 우주·항공·국방 산업의 미래 먹거리를 창출하고 소재 강국으로 진입하는 중요한 기술"이라고 연구 의의를 설명했다.

구 박사는 2009년 KIST 전북 복합소재기술연구소 1호 연구자로 들어온 뒤 전북과 KIST의 공통 관심사인 고강도·고탄성 탄소섬유 개발을 시작했고, 기존 탄소섬유의 물성 한계를 극복하기 위해 2012년부터는 탄소나노튜브 섬유 개발에 나섰다.

구 박사는 연구물의 활용 방안과 관련해 "이번 연구에서 개발된 소재는 우주, 항공, 국방 분야에서 스포츠 분야까지 고성능 소재가 요구되는 분야에 적용 가능할 것으로 기대된다"며 "구체적으로는 발사체 노즐이나 차세대 전투기 등에 활용이 가능하고 수소전기자동차, 고압 수소저장탱크와 같은 미래 모빌리티 산업에도 적용 가능할 것으로 보인다"고 밝혔다.

앞으로 구 박사 연구팀은 탄소나노튜브 섬유의 기계적·전기적 물성을 보다 향상시키기 위해 액정방사 기술을 적용한 섬유방사 공정 개발을 추진할 계획이다. 이를 통해 기존 탄소섬유 전구체를 탄소나노물질과 복합화해 강도, 탄성률 등이 우수한 탄소섬유뿐만 아니라 구리 수준의 비전기전도도를 갖는 초고성능 탄소섬유를 제조할 수 있는 기술적 토대를 갖춘다는 목표다.