KAIST는 EEWS 대학원 한승민ㆍ정유성 교수, 신소재공학과 전석우 교수 공동 연구팀이 그래핀을 구리와 니켈에 층간 삽입해 순수 소재보다 강도를 각각 500배, 180배 높인 초고강도 나노복합소재를 개발했다고 3일 밝혔다.
꿈의 신소재로 알려진 그래핀은 강철보다 200배 이상 강하면서도 신축성이 뛰어나고 잘 휘어지는 기계적 특성이 갖고 있다.
연구팀은 강도 증가 효과를 극대화하기 위해 금속과 그래핀을 샌드위치처럼 층상구조물의 형태로 만들었다.
연구팀은 화학기상 증착법을 이용해 구리 호일을 촉매로 한 단 원자층 그래핀을 금속이 증착된 기판에 옮긴 다음 금속 증착을 반복해 금속-그래핀 다중층 복합소재를 제작하는 데 성공했다.
금속-그래핀 다중층 복합소재는 단원자 그래핀의 뛰어난 기계적 특성으로 인해 외부의 손상으로 생기는 결함이 내부로 전파되는 것을 효과적으로 차단했다. 이에 따라 기존의 금속-금속 다중층이 갖는 특성을 크게 뛰어넘는 초고강도 효과를 나타냈다.
한승민 교수는 “이번에 개발한 복합 신소재에서 그래핀의 질량비율은 0.0004%에 불과하지만 강도가 수 백 배 강화되는 놀라운 결과를 얻었다”며 “이 성과를 바탕으로 롤투롤 공정이나 금속소결 공정을 통해 양산에 성공한다면 자동차나 우주항공용 초경량 초고강도 부품을 제작할 수 있을 것”이라고 말했다.
이번 연구는 나노분야의 권위 있는 학술지이자 네이처 자매지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 7월 2일자 온라인판에 게재됐다.
