나노꿰매기: 기존 재료보다 10 배 강한 항공기 재료

MIT 의 과학자들이 수십억분의 일미터 두께에 불과한 탄소 나노튜브를 엮어서 기존 

재료보다 10배는 강하고 비행기 동체에 사용될 수 있는 항공 재료를 만들어냈다고 

발표했다. 

게다가 이 첨단 복합 재료는 기존의 재료보다 100 만배는 전기적으로 전도성이 있어

서 항공기 재료로 쓰일 경우 번개에 의한 손상을 훨씬 덜 입게 된다고 한다. 

현재 많은 항공 우주공학용 재료로 사용되는 첨단 재료들은 폴리머 풀로 묶여져 있

는 여러층의 재료와 탄소 파이버로 만들어진다. 그러나, 이 폴리머 폴은 금이 갈 수 

있고 탄소 파이버들이 떨어져 나가게된다. 따라서, 기술자들은 여러 층을 꼬매기, 누

비기 등의 방법으로 강화하는 다양한 수단을 강구해 왔다. 

그러나, 이러한 모든 공정들은 상당히 큰 바늘이나 핀들이 뚫고 들어가서 탄소 파이

버들을 손상을 줄 수 있는 문제점이 있다. 워들 교수는 “이런 탄소 가닥들은 복합 재

료를 강하게 만드는 요소이다.” 라고 말했다. 

그래서 연구진은 탄소 가닥들을 강화하는 방법으로서 탄소 파이버 가닥들에 직각으

로 정렬된 나노튜브 첨단 복합 재료를 쓰면 어떨까 생각했다. 컴퓨터 모델을 사용하

여 이런 재료들이 어떻게 금이 가나 살펴본 후 그들은 탄소 나노튜브 강화재료가 모

든 다른 방법보다 훨씬 좋다는 사실을 알게됐다. 연구진은 나노튜브를 만드는 방법

을 개발했고 나노튜브를 기존의 항공 복합 재료에 결합시키는 공정을 개발했다. 

어떻게 이런 나노 꿰매기가 작동하는 것일까? 두개의 탄소 파이버 층들 사이에 있는 

폴리머 풀이 가열되어 좀더 액체같이 된다. 각각의 탄소 파이버 층에 수직으로 놓여

진 수십 억개의 탄소 나노튜브가 각층의 양면에 있는 풀에 빨려 들어간다. 나노튜브

는 탄소 파이버보다 1000 배는 더 작기 때문에 자기보다 더 큰 파이버에 영향을 주

지 않고 대신 그 주위의 공간을 채워 층과 층들을 “꼬매게” 된다. 

워들 교수는 “따라서 우리는 인간이 알고 있는 가장 강한 재료인 탄소 나노튜브를 재

료가 가장 약한 부분에 놓는 것이다.” 라고 말했다. 이러한 극적인 개선은 전체 재료 

무게에서 1 % 도 안되는 나노튜브에서 나오게 된다. 게다가 나노튜브를 넣어도 전

체 재료비용에서 불과 몇 % 만 올라간다. 

항공 우주 공학과 교수 브라이언 워들 교수는 이 연구 결과를 Journal of 

Composite Materials 지에 게재할 예정이며, 플라스틱 공학자 협회에서 주제 연설

을 할 예정이다.

http://www.physorg.com/

출처 : KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-03-05