탄소의 무궁무진한 가능성: 상상 속 미래 기술을 구현하는 탄소나노튜브

정리. 안신혜

 

 

-
효성이 만드는 꿈의 신소재! 우리나라 최초의 탄소섬유

 

 

탄소섬유는 강철의 4분의 1무게에 강도는 10배를 자랑하는 꿈의 신소재입니다. 이렇듯 강철보다 가볍고 단단한 탄소섬유는 ‘경량화를 통한 에너지 사용의 효율성 증대’ 목적의 핵심 소재로 널리 활용됩니다. 효성첨단소재는 국내 최초로 고성능 탄소섬유를 자체 개발했으며 탄소섬유 브랜드 TANSOME®으로 세계 시장에서 각광받고 있습니다.

 

 

-
철보다 100배 강한 탄소나노튜브

 

소재의 결정 구조는 크게 두 종류입니다. 다이아몬드 구조와 흑연 구조. 그중에서 흑연 구조는 연필에 쓰이는 친숙한 소재죠. ‘탄소나노튜브’는 흑연의 면이 나노 크기의 직경으로 둥글게 말린 상태. 빨대처럼 관 모양으로 6개의 탄소로 이뤄진 육각형 구조가 그 안을 메우고 있습니다. 튜브의 직경이 1 나노미터(10억 분의 1미터)라고 해서 ‘나노튜브’라고 불리는데 10만 개를 한 다발로 묶어야 겨우 머리카락 1개 굵기가 될 정도입니다.

 

탄소나노튜브는 전기와 열전도율이 구리나 다이아몬드와 동일하면서 강도는 철강의 100배에 달하는 차세대 신소재로 꼽힙니다. 다른 슈퍼 섬유들에 비해 무게 대비 강도와 전기전도도가 뛰어난 것. 우수한 전도율과 강도를 모두 충족시켜야 하는 항공기와 자동차, 2차 전지 및 반도체 등 다양한 분야에서 활용될 수 있으며, 향후 엑스선 발생기, 전도성 플라스틱 등에도 사용될 것으로 전망됩니다.

 

출처: Wikimedia Commons

 

 

-
강하고 유연한 웨어러블 소자

 

실과 형태가 같아 천의 특징을 유지하면서도 전자 소자의 기능을 지닌 섬유형 전자 소자(Fiber Electronic Device)에 대한 연구가 최근 활발하게 진행되고 있습니다. 이것을 가능하게 해주는 물질 중 하나가 탄소나노튜브입니다. 전도율이 우수하면서도 일반 섬유처럼 매우 유연한 특징 때문이죠. 메릴랜드 대학교 연구진이 개발한 스마트 섬유는 고분자 섬유에 탄소나노튜브를 입혀 적외선을 활용해 온도를 조절하도록 만든 것입니다. 우리 몸은 적외선의 형태로 열을 배출하는 데 탄소나노튜브의 전기전도성으로 더운 날씨에는 적외선을 내보내고 추운 날씨에는 적외선을 가두어 열 방출을 줄이는 원리입니다.

 

우리나라 KIST 연구팀에서는 탄소나노튜브를 활용해 손가락 장갑형 심박수 측정기를 개발하기도 했습니다. 반도체층을 코팅한 전극 실을 탄소나노튜브 전극으로 감싸 빛을 감지할 수 있는 섬유형 광다이오드를 제작한 것. 이를 LED 소자와 함께 천에 삽입해 장갑처럼 끼면, 손끝에서 흐르는 혈액 양의 변화에 따라 바뀌는 LED 빛의 반사 세기를 섬유형 광다이오드가 감지해 사용자의 맥박을 측정합니다. 이 외에도 탄소나노튜브는 우주 엘리베이터 등 그동안 인류의 상상 속에만 존재했던 기술을 구현하는 데 큰 역할을 할 것으로 기대되고 있습니다.