얼마 전까지만 해도 쌀쌀했던 날씨가 이제는 어느덧 낮에는 여름을 방불케할 정도로 높아졌는데요. 곧 다가올 여름을 대비하여 오늘은 여름과 관련한 소재를 소개하고자 합니다. 최근 메릴랜드대학교 연구진은 사람의 체온을 조절해주는 스마트 섬유를 개발했는데요. 일반 고분자 섬유에 탄소나노튜브를 입혀 주변 환경에 따라 자동으로 온도가 조절된다고 합니다.
탄소나노튜브는 탄소원자로 구성된 매우 작고 얇은 튜브처럼 생긴 물질인데요. 작고 특이한 구조로 인해 다른 재료에서 볼 수 없는 우수한 기계적, 전기적 그리고 열적 특성을 보여줘 과학계에서 활발한 연구가 진행되고 있는 소재입니다. 이러한 탄소나노튜브를 만드는 방법은 여러 가지가 있는데 아래와 같습니다.
1. 화학기상증착
아세틸렌이나 메탄, 에틸렌 같은 탄화수소 가스를 질소와 함께 반응챔버로 주입시키면 탄화수소가 기판 위에서 분해되며 탄소나노튜브가 생성되며 상업적 생산에서 가장 많이 사용되는 방법
2. 아크방전법
인공적인 합성에서 가장 먼저 사용되었으며 양 끝에 위차한 2개의 탄소막대에 아크를 방생시키는 방법으로 간단하지만 순도가 낮다는 단점 보유
3. 레이저 증착법
불활성 가스를 채운 고온의 상태에서 강력한 레이저 펄스를 이용해 흑연을 기화시켜 제작
4. 기상성장법
레이저 증착법을 개선한 방법으로 반응물들이 촉매와 함께 기판 없이 바로 합성
5. 화염합성법
탄소 공급원인 탄화수소의 화염을 이용해 탄소나노튜브를 합성하는 방법이며 조건만 잘 맞추면 대량생산에 용이
이렇게 활발히 연구되며 다양한 제조방법을 가지고 있는 탄소나노튜브의 장단점은 아래와 같은데요.
장점
- 가벼우면서도 강철보다 높은 강도를 지녔으며 다양한 형태로 제작이 가능
- 전기 및 열 전도성이 매우 뛰어나며 고온에서도 안정적인 성능을 유지
- 전자기파를 효과적으로 흡수
단점
- 생산 공정이 복잡하며 높은 비용 발생
- 작고 가벼운 나노물질이라 공기 중으로 부유하며 체내에 흡수되면 호흡기 계통에 악영향을 끼쳐 폐렴을 일으킨다는 연구결과
많은 장점을 가지고 있으면서도 일상 제품에 사용하기 어려운 이유는 이처럼 인체에 직접적으로 악영향을 끼치기 때문이입니다. 하지만 연구를 통해 탄소나노튜브의 표면을 개질하면 본래의 성질을 잃지 않고도 독성을 낮출 수 있다고 하니 일상 제품에 적용될 날도 멀지 않았으리라 예상됩니다.
탄소나노튜브는 우수한 특성으로 인해 일상 제품 외에도 많은 분야에서 사용되고 있습니다.
전도성 기판, 반도체회로와 같은 전자 소자뿐만 아니라 전기차 배터리의 소재로 에너지 저장 장치로도 사용되고 있으며 LG화학은 탄소나노튜브의 생산을 확대하여 전기차 배터리 시장을 공략하고 있다고 하니 얼마나 좋은 소재인지를 알 수 있는데요. 이 외에도 유전잔 진단, 암 치료 등의 의약품 그리고 항공우주 산업에서도 활발히 활용되고 있습니다.
현재도 이렇게 많은 분야에서 사용되고 있지만 소재의 높은 잠재력으로 인해 더 다양한 분야로 확장, 응용되고 있다고 하니 정말 기대되는데요. 연구원분들의 노고로 인해 더 발전하게 될 만능소재 탄소나노튜브가 일상에서도 마주할 그날을 기다리며 응원하겠습니다.
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