국내연구진, 강철보다 2배 강한 무게 4분의 1 초경량 섬유 개발

(대전=뉴스1) 이동원 기자 = 국내 연구진이 DNA와 거미줄의 이중나선 구조 원리를 응용해, 강철보다 2배 강하면서도 무게는 4분의 1에 불과한 초강력 연속 섬유를 개발했다.

한국연구재단은 한양대학교 유기나노공학과 한태희·위정재 교수와 단국대학교 엄원식 교수 공동연구팀이 수계 환경에서 스스로 이중나선 구조를 형성하는 특수 고분자 소재를 활용해 자연계 섬유의 설계 원리를 실험실에서 재현하는 데 성공했다고 26일 밝혔다.

최근 항공우주·국방·첨단 로보틱스 등 경량·고강도 소재에 대한 수요가 컸지만, 기존 합성 섬유는 분자 정렬 불균일 및 유해 용매 사용의 한계로 성능 구현의 어려움이 있었다.

연구팀은 DNA처럼 스스로 꼬이는 아라미드계 고분자 PBDT를 이용, 분자 정렬·결속·인장·비틀림 압축의 4단계 계층적 제조 공정을 설계했다. 특히 비틀림 공정을 통해 내부 나노 질서를 극대화하며 하중 전달 효율을 높인 점이 차별화된다.

이 실은 인장강도 1.2GPa, 영률 103GPa로 기존 필름 대비 강도는 5.8배, 강성은 6.3배 뛰어나다. 무게는 강철의 4분의 1에 불과해 같은 무게 대비 강철 실보다 8배 이상의 하중 견딤성을 보여준다.

연구성과는 수 킬로미터 단위 연속 생산이 가능하며, 물 기반 친환경 공정으로 유해 화학용매를 사용하지 않는다. 재구성할 수 있는 구조로 재가공과 재활용이 가능해 지속가능성까지 담보했다.

한태희 교수는 "DNA와 거미줄 구조의 비밀을 첨단 실로 구현했으며, 항공우주와 반도체, 방호 분야의 미래 핵심 소재로 발전시킬 것"이라고 설명했다.

이번 연구는 과기정통부와 한국연구재단 나노·소재기술개발사업 지원으로 수행됐으며, 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼즈'에 3월 25일 게재됐다.

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