KAIST, 차세대 탄소섬유 개발 위한 이론 규명

KAIST, 차세대 탄소섬유 개발 위한 이론 규명
김용훈 교수팀 성과…슈퍼컴퓨터 활용해 분석



(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 김용훈 EEWS대학원 교수 연구팀이 차세대 고품질 탄소섬유 개발에 필요한 구조적 특성을 규명했다고 26일 밝혔다.
탄소섬유는 매우 가벼우면서도 뛰어난 기계적·열적 특성이 있다.
초경량 자전거와 골프 클럽에서부터 자동차, 항공우주, 원자력 등 분야에서 다양하게 활용된다.
탄소섬유는 전구체 고분자를 방사하고서 안정화·탄화 등 작업을 통해 얻어진다.
현재는 폴리아크릴로나이트릴(PAN)이 주 전구체로 사용된다.
김 교수 연구팀은 슈퍼컴퓨터로 PAN 고분자가 탄소나노튜브 계면(물질끼리 맞닿은 경계면)에서 배열되는 과정을 체계적으로 재현했다.
양자역학 기반 제1 원리 계산과 고전역학 기반 분자 동역학을 이용해 양자·분자 수준에서 현상을 분석하는 멀티스케일 시뮬레이션을 시행했다.


연구팀에 따르면 PAN 고분자 단위체가 누워있는 형태의 특정 원자구조를 선호하는데, 이때 양전하와 음전하가 균형 있게 이동하는 특성이 발현된다.
이 계면 구조를 최대화하는 게 최적의 대규모 PAN 고분자 정렬을 유도하는 방식이라고 연구팀은 설명했다.
아울러 PAN 고분자 정렬 도가 그래핀 나노 리본과의 계면에서 극대화되는 것을 확인했다.
그래핀을 이용해 탄소섬유 품질을 향상할 수 있다는 가능성도 제시한 셈이다.
김 교수는 "양자역학에 기반을 둔 전산 기법이 첨단 소재·소자 개발을 위한 기본원리를 제공하는 것을 보여준 사례"라며 "컴퓨터 성능 발전에 맞물려 전산 모사 연구 중요성은 더 커질 것"이라고 말했다.
연구는 미래창조과학부 중견연구자지원사업·나노소재원천기술개발사업·기초연구실지원사업·글로벌프론티어사업 지원을 받아 수행했다.
이주호 박사과정이 1 저자로 참여한 연구 성과는 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials) 11일 자 속표지 논문으로 실렸다.
walden@yna.co.kr
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