△ 열을 가하면 중합반응이 진행돼 고분자가 되는 고리형 소중합체인 'CBT' 입자를 그래핀 입자와 잘 섞은 다음 중합시켜 용매를 사용하지 않고 그래핀이 균일하게 분산된 고분자 복합소재를 제조할 수 있는 공정의 모식도.

"그래핀 상용화 앞당기는 복합소재 제조기술 개발"

KIST-서울대 연구진, 용매없이 그래핀 입자 균일 분산시켜 복합소재 제조



(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 국내 연구진이 전기적, 열적, 기계적 특성이 우수한 그래핀 입자를 용매를 사용하지 않고 플라스틱 안에 균일하게 분산시킬 수 있는 기술을 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST) 전북분원 복합소재기술연구소 김성륜 박사와 서울대 재료공학부 윤재륜 교수팀은 그래핀을 용매를 쓰지 않고 고분자 물질 내부에 균일하게 분산시킬 수 있는 고분자 복합소재 제조공정을 개발했다고 30일 밝혔다.

이 연구 결과는 과학저널 '사이언티픽 리포트'(Scientific Reports, 3월 16일자)에 게재됐다.

그래핀이 충전된 고분자 복합소재는 그래핀의 우수한 물성과 구조적 특이성으로 전자기기 부품, 에너지 저장 매체, 유기태양전지, 방열소재, 필름 포장재, 생체모방 응용 등 다양한 분야에 활용될 것으로 기대를 모으고 있다.

그러나 고분자 소재를 가열하는 용융공정이나 용액을 사용하는 용액공정 등 기존 공정에서는 그래핀이 균일하게 분산되지 않고 뭉치는 현상이 발생, 복합재료에 균열이나 기공 등이 생겨 물성이 크게 떨어지는 문제가 있었다.



연구진은 열을 가하면 중합반응이 진행돼 고분자가 되는 고리형 소중합체의 일종인 CBT(Cyclic butylene terephthalate) 입자를 그래핀 입자와 잘 섞은 다음 열을 가해 그래핀이 균일하게 분산된 고분자 복합소재를 만드는 데 성공했다.

이렇게 제조한 그래핀 복합소재의 단면을 이미지 처리해 통계를 산출해 그래핀 입자간 평균거리 및 표준편차를 구하는 방법으로 그래핀 입자의 분산 정도를 정량적으로 평가하는 방법도 개발했다.

그 결과 새로 개발된 공정으로 제작한 그래핀 복합재료는 기존 용매 공정으로 제조된 것보다 그래핀 입자들이 훨씬 고르게 분산된 것으로 확인됐다.

김성륜 박사는 "그래핀 복합소재는 전자파 차폐소재나 방열소재 등 다양한 분야에 활요될 수 있다"며 "이번에 개발한 복합소재 제조방법은 CBT 뿐만 아니라 폴리아마이드, 나일론-6 등 다른 고분자 소재에도 적용할 수 있어 그래핀 고분자 복합소재 상용화를 앞당길 수 있는 혁신적인 기술"이라고 설명했다.

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