[뉴스프리존,대전=이기종 기자] 한국연구재단(NRF)은 한양대학교 유기나노공학과 한태희 교수팀이 상온에서 높은 전기전도도를 유지하면서 멕신 나노물질을 섬유화했다고 8일 밝혔다.

그래핀, 질화붕소(h-BN), 질화탄소(g-C3N4), 전이금속 이차 코겐화물 (TMD), 흑색 인(BP)과 같은 다양한 2차원 나노물질은 고유의 매력적인 특성들을 갖고 있어 이를 활용한 연구가 활발히 진행되고 있다.

이러한 2차원 나노 물질은 전자, 화학, 물리적, 기계적 특성이 우수한 소재를 개발하기에 용이해 상당한 주목을 받고 있으며 이를 거시적 구조로 개발하기 위한 많은 전략이 제안되어 왔다.

특히, 2D 나노 시트를 섬유 구조로 조립하는 전략은 매우 성공적이었고 섬유화는 매우 밀도 높고 잘 배열된 나노구조를 형성하는데 유리하였으며 결과적으로 가장 성능이 우수한 이차원 나노시트 구조체를 만들 수 있는 방법이다.

또 멕신(MXene)은 최근 우수한 전기 열 전도성, 기계적 및 화학적 특성 및 광범위한 잠재적 응용 분야로 인해 2D 재료로 부상하고 있다.

이 멕신은 탄소원자와 중금속원자(티타늄 등)로 이뤄진 얇은 판 모양의 이차원적 나노 물질로 전기 전도성이 뛰어나다.

이러한 멕신의 섬유화를 위해 최근에 몇몇 연구자들은 멕신을 포함하는 복합체 섬유 제조하였으나 순수한 멕신보다 훨씬 낮은 전기 전도도를 나타냈다.

또 멕신의 작은 시트 사이즈와 멕신 시트간의 약한 결합, 분산액의 낮은 한계 농도 등 3가지 문제로 인해 멕신을 섬유화는 이루어지지 못했다. 

이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 연속적인 습식 방사 공정을 이용해 순수한 멕신 섬유를 제조했다.

연구과정을 보면 기존에 많이 사용되던 고분자 기질을 사용하지 않고 순수한 멕신만으로 습식방사 방식의 자기조립을 이용해 상온에서 미터 길이 수준의 멕신 섬유를 만들어냈다.

이렇게 만들어진 멕신 섬유는 그래핀에 버금가는 전기전도성(7713 S/cm)과 강성(30 GPa)을 나타냈다.

이후 전기 전도성이 우수한 멕신 섬유를 LED 조명의 전선과 전기 신호를 이어폰으로 전송하는 케이블에 적용했고 기존의 기능들이 정상적으로 이루어지는 것을 확인했다.

이는 멕신 섬유가 고성능, 유연성, 휴대용 및 웨어러블 전자 장치에 적용될 수 있는 가능성을 제시한다.

이 연구결과에 의하면 멕신 섬유의 개발을 위해 커다란 시트 크기를 가진 멕신 제조, 멕신 시트간의 결합 강화, 높은 농도의 분산액 제조 등 3가지 문제를 해결했다.

이 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단이 추진하는 중견연구지원사업과 대학중점연구소사업의 지원으로 수행됐고 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 6월 4일 게재됐다.