KAIST 연구팀 '그래핀 이용 초고강도 신소재' 개발… 구리 500배, 니켈 180배

초경량 자동차·우주항공용 부품, 원자로 코팅재료 등으로 활용도 높아


순수금속의 강도를 수백 배까지 높인 슈퍼 신소재 기술이 개발됐다. 자동차·우주항공용 초경량 고강도 부품이나 원자로 구조재 코팅재료 등 차세대 고부가가치 산업에 응용될 가능성이 높아 주목된다.

4일 KAIST에 따르면 한승민·정유성(이상 EEWS대학원)·전석우(신소재공학과) 교수 공동연구팀은 그래핀을 구리와 니켈에 층간 삽입한 고강도 나노복합소재를 개발했다. 이 소재는 구리의 500배, 니켈의 180배 강도를 갖는다.

‘꿈의 신소재’로 불리는 그래핀은 강철보다 200배 이상 강하면서도 신축성이 뛰어나 잘 휘어지는 기계적 특성이 있다. 이 점에 주목해 각국이 그래핀과 금속을 혼합한 복합신소재 개발에 힘 쏟고 있지만 강도를 획기적으로 높이지는 못했다.

KAIST 연구팀은 금속과 그래핀을 샌드위치처럼 층상구조물 형태로 만들어 강도를 극대화했다. 그 결과 세계 최초로 단원자 그래핀을 포함하는 금속-그래핀 다중층 복합소재 제작에 성공했다.

이 신소재는 그래핀의 기계적 특성으로 인해 외부 손상의 내부 전파를 효과적으로 차단한다. 구리-그래핀 다중층 물질은 층간 간격 70나노미터(nm)일 때 순수 구리의 500배, 니켈-그래핀 다중층 물질에선 층간 간격이 100nm일 때 순수 니켈의 180배에 달하는 강도를 나타냈다.

연구를 주도한 한 교수는 "신소재에서 그래핀의 질량비율은 0.0004%에 불과하지만 강도는 수백 배 강화되는 놀라운 결과를 얻었다"며 "자동차나 우주항공용 초경량 초고강도 부품이나 차세대 원자로의 코팅재료, 고신뢰성이 요구되는 구조소재 등에 응용 가능할 것"이라고 말했다.

한국연구재단 지원을 받아 미국 스탠퍼드대·컬럼비아대 등과 공동연구로 수행된 이 연구는 나노분야 해외 권위지 '네이처 커뮤니케이션즈' 온라인판에 2일자로 게재됐다.

한경닷컴 김봉구 기자 kbk9@hankyung.com
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