연구자 인터뷰

이차원 나노물질 멕신으로 슈퍼전도성 섬유 제조, 한태희 교수(한양대학교 유기나노공학과)
그래핀, 질화붕소(h-BN), 질화탄소(g-C3N4), 전이금속 이차 코펜화물(TMD), 흑색 인(BP)과 같은 다양한 2차원 나노물질은 고유의 매력적인 특성들을 갖고 있어 이를 활용한 연구가 활발히 진행되었다. 또한 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.
이중 멕신은 중금속원자를 이용해 제조한 얇은 판 모양의 소재다. 전기전도성과 열 전도성이 뛰어나고 강도가 높아 차세대 전자제품에 널리 쓰일 것으로 기대되고 있다. 이러한 멕신의 섬유화를 위해 몇몇 연구다즐은 멕신을 포함하는 복합체 섬유를 제조하였으나 순수한 멕신보다 훨씬 낮은 전기 전도도를 나타냈다.
순수한 멕신 섬유를 제조하는 것이 중요한 과제가 된 상황. 연구팀은 연속적인 습식 방사 공정을 이용, 순수한 멕신 섬유를 제조하는데 성공했따. 연속적으로 제조할수있으며, 제조된 섬유는 높은 전기 전도성(7,713 S/cm)을 가졌다. 또한, 높은 유연성과 우수한 기계적 특성을 나타냈다.
이번 연구를 통해 다양한 특성을 가진 각각의 신소재 섬유들을 만들어 낼 수 있을것으로 기대된다. 제조된 멧니 섬유는 웨어러블 디바이스 제조가 가능하고, 가스 감지 효과도 있어서 의복형 센서로도 이용 가능할 것으로 보인다.
연구자 Q&A 한태희 교수 Q.연구 전개 과정에 대한 소개 멕신의 섬유화를 위해서는 기존의 3가지 문제 1)멕신의 작은 크기, 2)멕신 용액의 낮은 농도, 3) 멕신의 겔화를 해결해야 했다. 연구팀은 지난 10년 동안 수행해온 2차원 나노소재에 대한 기초 연구들을 바탕으로 멕시의 섬유화를 위한 3가지 문제를 해결했다. 1.얻어진 멕신합성물에서 커다란 크기의 멕신만을 분리하는 연구: 우선 얻어진 합성물로부터 작은 멕신을 제거하여 멕신의 평균크기를 증가시켰다. 3.멕신의 분산성과 모양을 유지하면서 고농도로 농축시키는 연구: 그 다음으로 멕신 용액의 분산성을 유지하면서 용매만을 제거하여 고농도로 농축시켰다. 3. 멕신의 습식방사를 위한 응고제 연구: 마지막으로 멕신의 분산 메커니즘을 이용한 응고제를 선정하여 용액 상태의 멕신을 섬유형태로 고체화 시킬 수 있었다. Q.이번성과, 무엇이 다른가? 기존에는 멕신의 조립성이 부족하여 순수 멕신 섬유를 제조하는데 어려움이 있었다. 대안으로써 조립성이 우수한 다른 소재에 멕신을 첨가한 복합 섬유를 제조한 연구들이 있는데, 제조된 복합 섬유는 멕신의 함량이 낮아 전기적 성능이 부족하였다. 본 연구에서는 100% 멕신 함량을 가지면서 기계적 강도와 전기적 특성이 우수한 섬유를 제조한 것이 특징이다. Q. 실용화된다면 어떻게 활용될 수 있나? 실용화를 위한 과제는? 멕신섬유의 우수한 전기전도도는 전도성 섬유를 필요로 하는 웨어러블 일렉트로닉스, 엑츄에이터, 전선 등에 활용 될 수 있다. 또한 멕신 섬유를 위해 개발된 고농도의 멕신 용액 제조 기술은 용액 분산성과 전기전도성이 동시에 우수하기 때문에 기존의 전도성 잉크, 접착제, 프린팅 소재 등에 이용될 수 있다. 실용화를 위해서는 최적화 연구와 파일럿 스케일의 대량 생산 연구가 필요할 것으로 보인다.