한국과학기술원(KAIST)은 3일 EEWS 대학원 한승민.정유성 교수, 신소재공학과 전석우 교수 공동연구팀이 그래핀을 이용해 강도를 수 백 배 이상 높인 금속 신소재를 개발했다고 밝혔다.

그래핀은 강철보다 200배 이상 강하면서도 신축성이 뛰어나고 잘 휘어지는 기계적 특성이 있어 반도체 분야 '꿈의 신소재'로 불린다.

이 같은 성질을 이용해 최근 미국 육군 국방기술연구소(U.S. Army Armaments Research, Development and Engineering Center)에서 그래핀에 금속을 혼합한 복합 신소재를 개발했지만 강도를 획기적으로 높이지는 못했다.

연구팀은 금속과 그래핀을 샌드위치처럼 층상 구조물 형태로 만드는 방식으로 그래핀을 구리와 니켈에 층간 삽입해 순수 소재보다 강도를 각각 500배, 180배 높이는 데 성공했다.

또 개발된 소재를 이용해 투과전자현미경 내에서의 미세 압축 실험과 분자동역학 시뮬레이션을 통해 강도 강화 효과와 그래핀 경계면에서의 전위 거동을 원자 수준에서 밝혀냈다.

이와 함께 층간 거리가 줄어들수록 전위가 다른 층으로 움직이는 것이 어려워 강도가 증가하는 특성을 알아내는 등 금속 층의 두께에 따라 강도의 제어가 가능함을 입증했다.

이번 연구를 주도한 한승민 교수는 "이번에 개발한 복합 신소재에서 그래핀의 질량 비율은 0.0004%에 불과하지만, 강도는 수 백 배 강화되는 놀라운 효과를 보였다"면서 "롤투롤 공정이나 금속소결 공정을 통해 양산에 성공한다면, 자동차나 우주항공용 초경량 초고강도 부품 제작 등을 제작할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 성과는 권위 있는 과학 학술지 네이처의 자매지인 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)' 온라인판에 실렸다.