교육과학기술부(장관 이주호)는 국내 연구진에 의해 탄소나노튜브로 이루어진 탄소나노튜브 실을 만드는 기술 개발에 성공하였다고 밝혔다.

이 기술은 교육과학기술부 21세기프론티어연구개발사업 나노메카트로닉스기술개발사업의 지원을 받아 한국표준과학연구원(원장 김명수) 재료측정표준센터 남승훈(南勝勳, 50歲) 박사팀이 개발한 것으로 항공우주산업 등 다양한 분야에 활용이 가능할 것으로 전망된다.

이 기술은 국제학술지인 ‘카본(Carbon)’ 2010년 11월1일자에 본문이 게재되었으며, 2011년 1월 1일자에는 표지논문으로 선정됐다.

남박사팀은 실리콘 기판 위에 길이가 300마이크로미터와 12나노미터 굵기의 탄소나노튜브를 수직으로 배양시킨 후 이로부터 여러 가닥의 탄소나노튜브를 다발로 형성시켜, 실 모양으로 뽑아내 기존의 제조기법을 크게 개선했다.

탄소나노튜브 실의 굵기는 1마이크로미터 이하이며, 1ⅹ1센티미터의 실리콘 기판 위에 수직 배양된 탄소나노튜브로부터 수십 미터 이상 길이의 실을 만들 수 있다.

이번 개발된 기술로 가느다란 탄소나노튜브 실 여러 가닥을 한꺼번에 뽑아낼 수 있으며, 탄소나노튜브 실에 폴리머와 같은 물질을 쉽게 코팅할 수 도 있다. 이 기술을 이용하면 향후 탄소섬유 방직산업에도 폭넓게 활용될 전망이다.

금속 표면에 고전압을 가했을 때 전자가 튀어나오는 전계방출현상이 탄소나노튜브 실에서는 보다 낮은 전압에서도 나타나 산업적 활용도 기대된다. 즉 휴대용 X-ray 튜브나 전자총 등에 활용 할 수 있으며, 이는 휴대용 초소형 비파괴검사 시스템에도 쓰일 수 있다. 연구팀은 2002년에 첫 등장한 탄소나노튜브 실이 아직 세계적으로 상용화가 안 된 소재여서 국내 기업에 기술이전이 되면 경쟁력을 갖출 것으로 보고 있다.

남 박사팀은 또한 전자현미경을 이용, 전계방출 시 탄소나노튜브들 사이의 상호 반발에 의한 실 끝부분의 형태 변화를 실시간으로 촬영하는데 성공했다.

남 박사는 “탄소나노튜브 실이 높은 탄성과 강도(철의 100배 정도)를 가지고 있어서 방탄복에 유용하고 뛰어난 전기전도도와 열전도 물성 때문에 기능성 복합직물로도 활용이 가능할 것으로 본다”고 말했다.

이번 개발기술로 실 형태뿐만 아니라 탄소나노튜브 시트 모양으로 균일하게 뽑아낼 수 있어, 대면적 탄소나노튜브 필름의 대량제조도 기대된다.

탄소나노튜브 시트는 유연성이 좋고, 투과율과 전기전도도가 높아 앞으로 터치스크린 소재인 ITO((Indium Tin Oxide)필름을 대체할 수도 있다. 또한 탄소나노튜브 시트 필름 양단에 직류 12볼트를 가하면, 시트 필름 표면의 온도가 상승해 이를 이용한 자동차 유리 김서림 방지용 히터 등에 활용 가능하다.