세계 첫 탄소나노튜브(CNT, Carbon Nanotube) 스프링이 중국 하얼빈(哈爾濱)공업대학 연구진에 의해 연구 개발되어 관계자들의 관심이 집중되고 있다. 이 탄소나노튜브 스프링은 전자 부품, 의료기계 등 분야에 활용될 것으로 전망된다.
탄소나노튜브는 6각형 고리로 연결된 탄소들이 긴대롱 모양을 이루는 지름 1나노미터(1나노미터는 10억분의 1m) 크기의 미세한 분자이다. 탄소원자가 3개씩 결합해 벌집 모양의 구조를 갖게 된 탄소평면이 도르르 말려서 튜브모양을 형성한 탄소나노튜브는 인장력이 강철보다 1백배 강하고 유연성이 뛰어난 미래형 신소재에 속한다. 속이 비어있어 가볍고 전기도 구리만큼 잘 통하며 열전도도 다이아몬드 만큼이나 좋을 것으로 알려지고 있다.
중국 하얼빈(哈爾濱)공업대학에 따르면, 최근 중국 하얼빈(哈爾濱)공업대학 우주비행학원 복합소재와 구조 연구소 허사우둥(赫曉東) 교수 연구진은 투-스텝 어프로치(two-step approach) 방법을 채용하여 세계 최초의 탄소나노튜브 스프링을 연구 개발하는데 성공했다. 이 연구 성과는 세계 최고이 재료분야 과학저널인 ‘Advanced Materials’ 표지 뒤면에 그림과 함께 실렸을 뿐만 아니라 탄소나노튜브 섬유 분야에서의 중대한 연구 성과로 평가를 받았다.
이 연구성과는 주요하게 하얼빈(哈爾濱)공업대학의 허사우둥(赫曉東) 교수, 리이빈(李宜彬) 고수, 초안왠(曺安源) 교수, 그리고 박사생 왠왠(媛媛)의해 완성되었다. 전통적인 스프링은 일반적으로 철강에 의해 만들어지며 기계의 운동, 완화와 충격, 진동, 그리고 에너지 축적, 힘의 크게 측정 등에 사용되고 있다. 그러나 하얼빈(哈爾濱)공업대학 연구진에 의해 연구 개발된 스프링은 철보다 훨씬 강한 탄소나노튜브로 만들어졌다.
연구진은 투-스텝 어프로치(two-step approach) 방법을 채용, 우선 탄소나노튜브 박막을 만든 다음 방사(紡絲)기술을 이용하여 세계 최초의 탄소나노튜브 스프링을 만들어냈다. 이 탄소나노튜브 스프링은 밀도가 작고, 전도성, 유연성이 좋으며 비교 강도 및 탄성이 좋다.
특히 전통적인 탄소나노튜브 신장율이 5%~10%인데 비해 탄소나노튜브 스프링의 최대 인장력율 285%에 달해 인장력이 비교할 수 없을 만큼 좋은 우위를 가지고 있다. 탄소나노튜브 스프링의 인장 변형 20%를 기준으로 1,000차례 정도 잡아당겼을 경우에도 안정적인 스프링 계수(100N/m)를 유지했을 뿐만 아니라 전도 성능도 거의 감소되지 않은 것으로 나타났다.
연구진의 설명에 따르면, 탄소나노튜브 스프링의 직경은 수백 미크론(100만분의 1m), 길이이는 몇 센치미터에 달할 수 있으며 또 탄소나노튜브 스피링의 성능에 의해 신축 전도체, 유연성 전극, 마이크로 변형 센서, 슈퍼 축전기, 집적회로, 태양에너지 전지, 에너지 소모 섬유 등 분야에서 폭넓게 할용할 수 있을 것으로 전망된다.
이 외에도 눈으로 볼 수 있는 탄소나노튜브 전자 부품 제조 및 인력(引力) 센서 붕대 등을 비롯한 의료 기계에도 활용될 것으로 전망된다. 또한 탄소나노튜브 스프링 구조는 여러 가지 기능을 갖춘 탄소나노튜브 섬유 복합 소재에도 이용될 것으로 예상된다.
화학 / 바이오 / 환경
