18일 한국과학기술연구원(KIST)에 따르면 전북분원 복합소재기술연구소 양자응용복합소재연구센터 배수강 박사·탄소융합소재연구센터 이성호 박사 공동연구팀은 폴리아크릴로나이트릴(PAN)이라고 불리는 고분자 물질로 제작된 탄소섬유를 이용해 고결정성과 더불어 균일한 크기 분포도를 가지는 질소가 도핑된 그래핀 양자점을 효율적으로 합성할 수 있는 기술을 개발했다.

연구팀은 PAN계열 고분자 섬유를 기반으로 하는 탄소섬유를 산(Acid) 용액에서 적정 온도로 가열해 합성하는 하향식 접근법을 이용해, 균일한 크기 분포도를 가지는 몇㎚ 크기의 탄소 구조체를 합성했다.

해당 공정은 저분자 유기 전구체를 가열하는 방식의 상향식 접근법으로 합성된 탄소 구조체에 비해 높은 결정성을 가지는 장점이 있고, 추가적인 후처리 공정 없이 결정성 저해 없는 이종 원소인 질소를 함유한 탄소 구조체를 합성할 수 있다. 또 경제적인 측면에서 수명이 다한 PAN 탄소섬유 및 복합소재를 사용할 수 있어 원료물질의 비용부담이 전혀 없는 그래핀 양자점 합성방법이다.

이번 연구는 리싸이클(recycle) 개념을 넘는 기존 물질보다 부가가치가 높은 물질로 전환하는 업싸이클(upcycle) 기술을 제시한다는 측면에서 그 의의가 크다고 할 수 있다. 후지 경제에 따르면 2030년 PAN계 탄소섬유복합재료 시장은 약 40조 8000억 원으로 2015년 대비 관련시장이 4배가량 급속하게 성장할 전망이다.

배수강 박사는 "추가적인 후처리 공정 없이 이종 원소를 효과적으로 도입함으로써 특성 향상 및 경제성을 크게 높인 것이 장점"이라며 "앞으로 탄소나노소재를 함유한 복합소재 분야 발전에 다양하게 응용될 것"이라고 말했다. 김달호 기자

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