화학공학과 이헌상 교수(왼쪽에서 세 번째)와 대학원생들이 기념촬영을 하고 있다. (사진=동아대 제공)

동아대학교는 화학공학과 두뇌한국(BK21) 교육연구단 소속 정현담·최경민·박민지 석사과정생(지도교수 이헌상) 팀이 화학공학 분야 상위 2.7% 학술지 ‘케미컬 엔지니어링’(IF=10.6) 저널 온라인판에 논문을 게재했다고 3일 밝혔다.

이번 연구는 이헌상 교수가 유도한 텐서 미분방정식을 직접 풀어 초고강성 섬유를 제조할 수 있는 공정조건과 재료조건을 밝혀낸 것으로, 나노소재 공정의 실마리를 풀었다는 의미가 있다.

나노튜브는 머리카락보다 10만 배 가늘며 속이 빈 튜브형태의 신소재로, 지상 최고의 기계적강성과 전기전도성, 열전도성 등을 갖고 있어 21세기 꿈의 신소재로 각광받고 있다. 하지만 사람이 만질 수 있는 크기 수준으로 섬유를 제조할 경우 나노튜브가 섬유 내부에서 완벽하게 한 방향으로 정렬하기 어려워 궁극적인 나노튜브의 고강성은 아직 구현되지 못하고 있었다.

초고강성 나노튜브 섬유 제조가 실현되면 가벼우면서 강철보다 강한 재료를 실용화 할 수 있어 우주항공, 자동차, 전기전자, 선박, 건설 등 광범위한 분야에 파급력이 크다고 알려져 있다.

동아대 화학공학과 대학생원 팀은 이번 연구에서 3차원공간 및 복소공간에서 이 방정식을 직접 풀어낸 결과 나노입자가 모두 완벽하게 정렬할 수 있는 공정조건을 찾았으며 연신공명(공정이 불안정해지며 제조가 중단되는 현상) 불안정성이 나타나는 조건을 예측했다.

이론 예측 결과를 검증하기 위한 실험은 탄소나노튜브 섬유 연구분야 국내 최고 연구기관인 한국과학기술연구원 구본철 박사팀이 맡았다. 이 연구에선 동아대 화학공학과 학부·대학원 출신인 김서균 박사가 초고강성 탄소나노튜브 섬유 제조 실험 및 공정 불안정성 실험을 수행, 이론 예측값이 모두 정확하다는 것을 입증했다.

연구책임자 이 교수는 “동아대 화학공학과 대학원생과 졸업생이 고성능 나노재료 개발 분야에서 나노유체 정렬 이론 및 실험 연구에 큰 기여를 했다”며 “이번 연구결과를 토대로 나노소재 분야에서 대량생산 수준의 초고성능 섬유제조가 수년 이내에 실현될 가능성이 커진 것으로 보인다”고 말했다.