일리노이 대학(University of Illinois at Urbana-Champaign)의 연구진은 구리보다 5 배 더 높은 인성 및 전기 전도성을 가진 탄소 나노튜브 섬유를 합성하는데 성공했다.

매우 얇은 금속 박막은 스마트 피부와 플렉서블 전기장치를 안정적으로 작동시키는데 매우 중요하다. 또한 이것은 슈퍼커패시터 전극, 전기 케이블, 인공 근육, 다기능성 합성물 등의 다양한 분야에 적용될 수 있다.

이번 연구진은 파괴 역학 원리를 적용해서 높은 인성을 가진 탄소 나노튜브 나노구조를 최초로 만들었다. 90년 대 초반에 발견된 탄소 나노튜브는 강철 및 탄소 섬유보다 강하고 구리보다 전도성이 좋으며 알루미늄보다 가볍기 때문에 큰 관심을 끌었다. 그러나 센티미터 또는 미터 크기로 섬유 또는 박막 형태로 만드는 것이 어려웠다. 왜냐하면 탄소 나노튜브가 너무 작기 때문에 형상을 제어하기가 어려웠다. 이번 연구진은 이것을 해결할 수 있는 새로운 방법을 제시했다.

실리콘 산화물 기판 위에 촉매를 증착해서 화학 기상 증착(chemical vapor deposition)을 통해 수직으로 정렬된 탄소 나노튜브가 합성되었다. 이것은 5 µm의 폭, 10 µm의 길이, 20-60 µm의 높이를 가졌다. 그 후에, 5,000년 전의 고대 이집트인이 개발한 이어맞추기 공정(splicing process)을 토대로 탄소 나노튜브를 재배열했다.

현재의 플렉서블 전자장치는 반복적인 굴신(屈伸) 시에 기계적인 결함이 발생할 수 있는데 새로운 탄소 나노튜브는 이런 문제를 해결할 수 있을 것이다. 그래서 스마트 섬유, 스마트 피부, 기타 다양한 플렉서블 전자 제품에 매우 유용하게 적용될 수 있을 것이다.

이 연구결과는 저널 Advanced Engineering Materials에 “Tough Nano-Architectured Conductive Textile Made by Capillary Splicing of Carbon Nanotubes” 라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1002/adem.201600845).