PAN 계열 탄소 섬유를 이용하여 용액 공정을 통해 4 nm 정도의 크기 및 3층 이하의 두께를 가지는 고품질의 그래핀 양자점을 합성 했다. /사진제공=KIST탄소 기반 나노 구조체는 태양전지, 발광다이오드(LED), 바이오 이미징, 광촉매, 센서 등 다양한 분야에 활용 가능한 것이 장점이다. 최근 국내 연구진이 수명이 다한 탄소섬유를 이용하여 고기능성 탄소나노소재로 재활용하는 기술을 개발했다.
배수강 한국과학기술연구원(KIST) 전북분원 복합소재기술연구소 양자응용복합소재연구센터 박사, 이성호 탄소융합소재연구센터 박사 공동 연구팀은 폴리아크릴로나이트릴(PAN)이라고 불리는 고분자 물질로 제작된 탄소섬유를 이용, 고 결정성과 균일한 크기 분포도를 가진 그래핀 양자점을 효율적으로 합성할 수 있는 기술을 개발했다고 18일 발표했다.
연구팀은 PAN 고분자 섬유로 만든 탄소섬유를 산 용액에서 적정 온도로 가열하여 합성하는 하향식 접근법을 이용하여 수 nm 크기의 탄소 구조체를 합성했다. 해당 공정은 또 수명이 다한 PAN 탄소섬유 및 복합소재를 사용할 수 있어 원료 물질의 비용부담이 전혀 없는 것이 특징이다. 이번 연구는 기존 물질보다 부가가치가 높은 물질로 전환하는 업싸이클 기술을 제시했다는 측면에서 그 의의가 크다. 후지 경제에 따르면 2030년 PAN계 탄소섬유복합재료 시장은 약 40조 8000억 원으로 2015년 대비 관련시장이 4배 가량 급속 성장할 전망이다.
배수강 박사는 “추가적인 후처리 공정 없이 이종 원소를 효과적으로 도입함으로써 특성 향상 및 경제성을 크게 높인 것이 장점”이라 말하며, “향후, 탄소나노소재를 함유한 복합소재 분야 발전에 다양하게 응용될 것”이라고 밝혔다.
미래창조과학부의 지원으로 KIST 기관고유사업, 글로벌프론티어사업 및 산업통상자원부의 산업핵심기술개발사업을 통해 수행된 이번 연구결과는 에너지 재료 분야의 권위지인 나노에너지 4월호에 게재됐다.
배수강 KIST 박사/사진제공=KIST
이성호 KIST박사/사진제공=KIST
