탄소나노튜브 실의 전계방출 실험 장면.

국내 연구진이 탄소나노튜브로 이루어진 탄소나노튜브 실을 만드는 기술을 개발했다.

한국표준과학연구원 남승훈 박사팀은 실리콘 기판 위에 길이가 300마이크로미터와 12나노미터 굵기의 탄소나노튜브를 수직으로 배양한 뒤 이로부터 탄소나노튜브 가닥을 형성해 실 모양으로 뽑아내 기존 제조기법을 크게 개선했다. 탄소나노튜브 실은 순수하게 탄소나노튜브로만 이루어져 있으며 반데르발스 힘(분자 간에 발생하는 보편적인 인력)에 의해 탄소나노튜브가 연속적으로 결합해 여러 가닥의 다발이 만들어진다. 보통 실리콘 기판 위에 탄소나노튜브를 성장시킬 때 기판 위에 수직으로 배양된 탄소나노튜브로부터 직접 다발을 잡아당기면 반데르발스 힘에 의해 실처럼 계속 뽑아져 나오게 된다.

탄소나노튜브 실

탄소나노튜브 실의 굵기는 1마이크로미터 이하이며 1×1㎝ 크기의 실리콘 기판에서 수십 미터 길이의 탄소나노튜브 실을 만들 수 있다. 이번에 개발한 기술은 가느다란 탄소나노튜브 실 여러 가닥을 한꺼번에 뽑아낼 수 있으며 폴리머와 같은 물질을 쉽게 코팅할 수 있어 앞으로 탄소섬유 방직산업에 활용할 수 있을 것으로 보인다.

금속 표면에 고전압을 가하면 전자가 튀어나오는 전계방출 현상이 일어난다. 연구팀은 탄소나노튜브 실에서는 더 낮은 전압에서도 전계방출 현상이 나타난다는 것을 확인했다. 탄소나노튜브의 전계방출 현상은 휴대용 X선관이나 전자총 등에 활용할 수 있어 휴대용 초소형 비파괴검사 시스템에도 쓰일 수 있다. 연구팀은 또 전자현미경을 이용해 전계방출 때에 탄소나노튜브 사이의 상호 반발로 일어나는 실 끝 부분의 형태 변화를 실시간으로 촬영하는 데 성공했다.

전계방출 때 탄소나노튜브 실의 변화.

남승훈 박사는 "탄소나노튜브 실은 탄성과 강도가 철의 100배에 달해 방탄복 제조에 유용하다. 또 뛰어난 전기 전도도와 열 전도성이 있어 기능성 복합섬유 제조에도 활용할 수 있다"고 밝혔다. 이번 연구결과는 탄소 관련 소재기술을 다루는 전문학술지 '카본'에 표지논문으로 실렸다.