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MIT, 견고하고 복원력있는 초극세 나노 섬유 생산 공정 개발지름이 나노 미터 또는 십억 분의 1 미터로 측정되는 초극세 섬유를 생산할 수 있는 공정을 개발
김수아 기자 | 승인 2018.01.08 08:48
사진은 주사 전자 현미경(SEM, Scanning Electron Microscope)으로 본 나노섬유(사진:MIT)

MIT는 연구원들이 지름이 나노미터 또는 십억 분의 1 미터로 측정되는 초극세 섬유를 생산할 수 있는 생산 공정을 6일 개발했다고 밝혔다. 또 이 공정은 매우 강력하고 견고해 저렴하고 생산 과정이 용이하며, 생산된 이 섬유는 방호복 및 나노 복합 재료와 같은 다양한 용도에 적합하다고 한다.

겔 전기 방사(electrospinning)라고 불리는 새로운 공정은 MIT 화학공학 그레고리 루틀리지(Gregory Rutledge) 교수와 제이 파크(Jay Park )박사 후 연구원에 의해 개발되었으며, 실제로 이 기술은 시험 재료의 탄성 계수에서 ​​기존의 섬유와 비교할 때 아주 좋지는 않지만 상당히 유사하여 경쟁력을 갖추었으며, 장점은 기존 상용 기술보다 약 2 배 우수하다.

또 새로운 겔 전기 방사 섬유는 균등성이 거의 없는 방식으로 강도, 강성 및 인성의 특성을 결합하는 것으로 보인다. 통상적인 15 마이크로미터(micrometer)가 아닌 수백 나노 미터의 직경을 가지고 있다. 프로세스는 젤 스펀 섬유에서처럼 폴리머 겔을 출발 물질로 사용하지만 기계적 인장이 아닌 섬유를 인출 시 전기력을 사용한다.

루틀리지 박사는 “재료 과학에서 많은 상쇄 관계가 있습니다. 일반적으로 연구자는 재료의 한 특성을 향상시킬 수 있지만 다른 특성의 감소를 보게 됩니다. 일반적으로 강도가 높아지면 무언가를 잃을 수 있습니다" 라며, "물질은 에너지를 흡수하는 메커니즘이 없기 때문에 부서지기 쉽습니다. 그러나 이 새로운 공정으로 제조된 섬유에는 많은 상충 관계가 제거됩니다."라고 말했다.

또한 그는 "매우 강한 강도와 높은 인성을 가진 재료를 얻을 때 큰 문제입니다. 겔 방사(gel spinning)라고 불리는 전통적인 방법의 변형을 사용하지만 전기력을 추가하는 이 과정으로 방탄 및 장갑 용 옷을 포함한 응용 분야에 사용되는 케블라(Kevlar) 나 다이니마(Dyneema)와 같은 가장 강한 섬유 재료의 성질과 일치하거나 이를 초과하는 폴리에틸렌의 초극세 섬유입니다." 라고 말했다.

기존에 나노 파이버라고 불리는 초극세 섬유가 있지만 고성능 섬유 범위라고 할 수 없으며, 케블라 (Kevlar)와 같은 아라미드와 다이니마(Dyneema) 및 스펙트라(Spectra)와 같은 젤 스핀 폴리에틸렌을 포함하는 고성능 섬유는 극한 용도로 주로 로프에 사용되며, 섬유는 일부 고성능 합성물에서 사용된다.

이 새로운 공정기술은 기존의 모든 것을 능가한다며, 루틀리지 박사는 "실제로 이들을 구별하는 것은 특정 모듈러스 및 특정 강도라고 부르는 것입니다. 즉, 무게 기준으로 모든 것에 대해 뛰어난 성능을 보임을 의미합니다. 모듈러스는 섬유가 얼마나 뻣뻣한지, 또는 늘어나는 것에 저항하는 정도를 나타냅니다."라며,

"복합 재료에 널리 사용되는 탄소 섬유 및 세라믹 섬유와 비교하여 새로운 겔 전기 방사 폴리에틸렌 섬유는 강도가 비슷하지만 훨씬 더 강하고 밀도가 낮습니다. 이 초 미세 소재를 제작할 때 팀은 기존 마이크로 섬유의 특성을 일치시키는 것을 목표로 삼았습니다.“라고 덧붙였다.

한편 이 연구는 미 육군의 지원을 받았으며, 이번 연구결과는 Materials Science 2 월호에 게재될 예정이다.

 

김수아 기자  yosich@hanmail.net

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