'나노 감옥 구조'에 가둔 플라스틱, 350도 화염 견뎠다

차세대 항공엔진 및 가스터빈용 부품 활용 기반 마련

연구 개념도

고분자 복합재의 열적 한계와 탄소나노튜브 나노케이지 기반 물리적 구속 개념.[한국연구재단 제공. 재판매 및 DB 금지]

(대전＝연합뉴스) 김준호 기자 = 한국연구재단은 한국재료연구원 오영석 박사 연구팀이 3차원 탄소나노튜브 기반 '나노케이지'(Nanocage) 구조를 설계·제작해 고분자 복합재의 내열 한계를 향상시키는데 성공했다고 3일 밝혔다.

고분자 복합재는 가볍고 가공성이 뛰어나 차세대 구조 소재로 주목받아 왔으나, 유리전이온도(Tg) 이상에서 분자 운동성이 급격히 증가해 고온에서 구조적 안정성을 유지하기 어렵다는 한계가 있었다. 이에 따라 여전히 티타늄 합금 등 금속 소재가 주로 사용된다.

연구팀은 3차원 탄소나노튜브(CNT)를 그물망 형태로 얽은 나노케이지 구조 내부에 고분자 사슬을 침투시킨 결과, 유리전이온도를 기존 대비 약 119% 향상된 350도(고분자 자체의 열분해 온도)까지 끌어올렸다. 고온 탄성률 유지, 우수한 내화·난연 성능도 동시에 확보했다.

연구팀은 고분자 복합재의 사용 온도를 획기적으로 확장해 차세대 항공엔진 및 가스터빈용 부품으로 활용할 수 있는 기술적 기반을 마련했다고 의미를 부여했다.

나노케이지 기반 복합재는 금속 대비 가벼워 엔진 경량화를 통한 연료 효율 및 성능 개선이 기대된다.

수백도 이상의 고온과 열충격에 노출되는 초음속 비행체 구조물은 물론 전기차 배터리팩 등 미래 모빌리티 분야에서 화재 확산을 지연시키는 안전 소재로도 활용할 수 있다.

오영석 박사는 "고내열 수지와 복합화해 유리전이온도를 500도 수준까지 높이고 탄소섬유와 결합해 실제 부품 환경에서 장기 신뢰성과 공정 안정성을 검증할 예정"이라며 "대형 부품 제조를 위한 공정 확장성과 경제성 확보를 통해 실용화 단계를 밟을 것"이라고 말했다.

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