KAIST, 생체를 모방한 초고강도 전도성 탄소나노튜브 섬유 합성기술 개발

- 재료분야 저명 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스’ 표지 논문 게재

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2011-05-11 08:46

대전--(뉴스와이어)--홍합을 지지하고 있는 섬유형태의 족사는 강한 파도가 치는 해안가와 같은 다른 생물이 살기 어려운 환경에서도 바위에 단단히 붙어서 생존한다. 이러한 특성은 홍합 족사의 독특한 구조와 고강도 접착성 때문이다.

KAIST(총장 서남표)는 신소재공학과 홍순형 교수와 화학과 이해신 교수, 생명과학과 故 박태관 교수로 구성된 공동연구팀이 자연계의 홍합 족사 구조를 모방해 탄소나노튜브를 기반으로 한 초고강도 전도성 섬유 제조 원천기술개발에 성공했다고 11일 밝혔다.

탄소나노튜브는 1991년 일본의 이지마 교수(현 성균나노과학기술원장)에 의해 발견된 이후 우수한 전기적, 열적, 그리고 기계적 특성으로 차세대 신소재로 각광 받았으나 길이가 수 나노미터 수준으로 미세해 산업용 제품으로 응용하는 데 한계가 있었다.

KAIST 연구팀은 이러한 난제를 자연계의 홍합 족사 구조에 착안해 해결했다.

홍합 족사에는 콜라겐 섬유와 Mefp-1 단백질이 가교 구조(cross-linking structure)로 결합되어 있다. 이 Mefp-1 단백질속에는 카테콜아민이라는 성분이 있어 콜라겐 섬유끼리 강하게 결합한다.

연구팀은 고강도 탄소나노튜브 섬유가 콜라겐 섬유 역할을, 고분자 구조 접착제가 카테콜아민과 같은 역할을 하도록 했다. 그 결과 길이가 길고 가벼우면서도 끊어지지 않는 초경량 초고강도 탄소나노튜브 섬유를 개발했다.

KAIST 홍순형 교수는 “개발된 탄소나노튜브 섬유는 기존의 구조용 탄소강에 비해 강도가 3배 이상 향상된 차세대 초경량 초고강도 고전도성 신소재”라며 “향후 방탄소재, 인공근육소재, 방열소재, 전자파 차폐소재, 스텔스소재 및 스페이스 엘리베이터 케이블 등 다양한 산업계에 응용이 가능하다”고 말했다. 아울러 “새로운 나노융합 소재 산업의 기술혁신을 이룰 수 있을 것”이라고 홍 교수는 덧붙였다.

이번 연구결과는 독일에서 발간되는 재료분야 국제저명학술지인 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials) 5월 3일자 표지 논문으로 선정됐으며, 최근 국내 및 국외에 4건의 특허 출원 및 등록이 결정됐다.

한편, 이번 연구는 교육과학기술부 21세기 프론티어 연구개발 사업단, 세계수준의 연구중심대학(WCU) 육성사업, KAIST 나노융합연구소 등으로부터 지원받아 수행됐다.

- 탄소나노튜브 섬유 : 탄소의 동소체로서 탄소원자 하나가 주위의 다른 탄소원자 3개와 sp2 결합을 하여 육각형 벌집무늬로 형성되어 원통형태로 직경이 대략 수 나노미터인 탄소나노튜브를 이어서 장섬유형태로 만든 신소재

- Mefp-1 : 홍합의 족사에 실처럼 보이는 홍합 접착 단백질로 카테콜아민의 가교를 통해 단단한 표면막을 형성함.

- 홍합 족사 : 홍합에 붙어 있는 실 형태의 물질로 단백질을 분해해 접착제를 만들어 바위 표면에 지지할 수 있게 함.

- 카테콜아민 : 분자 안에 카테콜의 구조를 같는 생체 아민을 통틀어서 말하며 도파민, 아드레날린 등 부신 수질 세포, 뇌 또는 말초 신경 세포에서 생합성 됨.

웹사이트: http://www.kaist.ac.kr