외부 유해 기체 차단성 높인 고강도 복합소재 제조

그래핀 활용해 외부 기체 차단

국내 연구진이 산화 그래핀을 변형해 외부의 유해한 기체를 차단할 수 있는 고분자 복합재료를 제조했다. 전자소자 기판이나 우주선 등에 쓰이는 폴리이미드 수지로 만든 고분자재료보다도 강도와 탄성이 향상되었을 뿐 아니라, 외부 기체 차단성이 240배 높아져 그래핀을 이용한 고분자 복합 소재의 상용화를 앞당길 것으로 보인다.

한국과학기술연구원 복합소재기술연구소 유남호 박사팀은 화학적 방법을 통해 그래핀을 변형시켜 엔지니어링 플라스틱의 하나인 폴리이미드와 화학결합을 유도하고, 그래핀을 균일하게 분산 시킬 수 있는 고분자 복합소재 제조 공정 개발에 성공했다.

균일한 그래핀 분포로 고분자 성능 높여

그래핀으로 고분자 복합재료를 제조하기 위해서는 충전재로 대량의 그래핀이 필요한데 그래핀간에 서로를 뭉치게 하는 성질로 인해 고분자 복합 재료에 사용하는데 그동안 제한이 있어왔다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 대량의 흑연에서 산화시킨 그래핀을 화학적 방법으로 다시 환원시키는 실험을 진행했다.

이 과정에서 연구진은 환원반응과 동시에 그래핀 표면에 고분자 수지와의 화학결합을 유도할 수 있는 물질을 도입해 그래핀의 분산성이 향상된 기능화된 그래핀을 제조했다.

더불어 그래핀 표면을 기능화하여 엔지니어링 플라스틱의 하나인 고성능 고분자 폴리이미드와 결합시켜 그래핀과 폴리아미드가 화학반응을 일으키고 이를 통해 폴리이미드 위에 그래핀이 균일하게 분산된 고분자 복합재료를 만들 수 있었다.

240배 높아진 가스 차단성과 기계적 강도 향상 실현

연구팀은 기능화된 그래핀 입자가 폴리이미드를 구성하고 있는 무수물과 직접 화학 반응을 할 수 있도록 아미노페닐기가 도입된 그래핀 입자를 용매에 골고루 녹였다. 기능화된 그래핀은 폴리이미드 중합반응을 통해 고분자와 그래핀 사이의 공유결합을 유도했으며, 폴리이미드 수지 내에 그래핀이 균일하게 분산된 고분자 복합소재 제조도 가능했다. 이렇게 개발된 소재는 240배 이상의 가스를 차단하는 성과를 보였을 뿐만 아니라, 기계적 강도 또한 2배 이상 강화되었다.

KIST 유남호 박사는 “고성능, 기계적 플라스틱에 적합한 그래핀의 개발을 통하여 기존 고분자 소재의 낮은 산소 차단성과 기계적 강도를 동시에 향상시킴으로써 디스플레이 소재나 우주항공 및 복합소재 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 보인다”고 연구의의를 밝혔다. 이번 연구는 KIST 기관고유 사업에서 지원했으며, 연구 결과는 미국 화학회에서 발간하는 재료분야의 권위지인 Chemistry of Materials 3월 24일자에도 게재되었다.

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 외부 유해 기체 차단성 높인 고강도 복합소재 제조