美 브라운대 김경석교수·KIST 이광렬 박사팀

한국 과학자들이 미래의 신소재로 꼽히는 탄소나노튜브를 정밀하게 가공할 수 있는 메커니즘을 밝혀냈다. 높은 가능성만을 인정 받아온 탄소나노튜브를 상용화로 이끌 수 있는 획기적 발견으로 평가된다.

미국 브라운대 김경석 교수와 한국과학기술연구원(KIST) 이광렬 박사팀은 지난 4일 영국 ‘왕립학술원회보’에 게재한 논문에서 단일벽 탄소나노튜브가 물속에서 초음파에 의해 절단되는 과정을 정확히 규명했다고 밝혔다. 탄소나노튜브는 탄소 원자가 6각형 벌집 모양으로 결합, 속이 빈 빨대 같은 형태로 이뤄져 있다. 굵기가 머리카락의 5만분의 1정도에 불과하지만 강철의 100배 이상의 강도와 15%의 변형에도 견딜 수 있는 탄성을 가져 ‘꿈의 신소재’로 불린다. 그러나 워낙 가늘어 정밀한 가공이 힘들고, 대량생산도 쉽지 않아 가능성만 인정 받아왔다. 학계에서는 탄소나노튜브가 상용화될 경우 노벨상을 배출할 가장 유력한 분야로 보고 있다.

지금까지 과학자들은 탄소나노튜브를 물 속에 넣은 뒤 초음파를 쏘면 끊어진다는 사실을 알면서도, 어떤 원리로 이런 현상이 발생하는지는 밝혀내지 못했다. 이 때문에 대량생산과 산업화의 기본인 정밀도를 높이는데 어려움을 겪어왔다. 이번 연구에서 공동 연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션과 실험을 통해 초음파를 가하면 초미세 거품이 형성되고, 이 거품이 붕괴하면서 탄소나노튜브에 힘을 가하면 튜브의 가운데 부분이 휘다가 끊어진다는 사실을 밝혀냈다.



이 박사는 “거품 붕괴 압력이 탄소나노튜브에 가해지면 빨대를 양끝에서 가운데로 미는 것처럼 가운데가 직각으로 꺾이고 힘이 집중되는 부분의 탄소 원자가 마치 지퍼가 풀리는 것처럼 끊어지는 것”이라면서 “압축 과정에서 탄소나노튜브 곳곳에 비틀린 흔적이 생기게 된다.”고 설명했다. 이어 “변형된 흔적은 탄소나노튜브의 상용화 과정에서 전기나 재료적 특성을 만드는 요소로 활용할 수 있다.”고 덧붙였다.

박건형기자 kitsch@seoul.co.kr