탄소나노튜브를 사용한 초경량 알루미늄 복합재료

단일벽 탄소나노튜브는 다양하고 독특한 특성을 지니고 있으며, 나노튜브가 포함된 금속 복합재료의 강도를 높이고 성능을 개선하여 제품 수명을 늘려 경쟁력을 강화해 준다. 경제성이 검증 된 나노 강화 금속 복합 재료가 시장에 곧 출시될 예정이다.

나노 소재를 이용해 알루미늄의 강도를 높이고 무게를 줄이는 것은 불가능한 기술이라고 생각되어 왔지만 최근 부경대학교의 권한상 교수는 단일벽 탄소나노튜브를 사용해 금속 복합 재료를 강화하는 기술을 개발했다.

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권 교수는 복합 재료를 개발하기 위해 OCSiAl에서 생산한 TUBALL 나노튜브를 사용했다. 그는 원료를 나노 크기로 분쇄해 혼합하는 기술을 적용하여 알루미늄에 나노튜브를 균일하게 분산시켰다. 테스트 결과, 이 복합 재료는 기존 알루미늄 대비 인장 강도는 4배, 경도는 20배나 높은 것으로 나타났다.

이러한 나노 강화 알루미늄의 주요 용도 중 하나는 고압 전기 케이블이다. 권 교수는 "기존에는 알루미늄 고압 전기 케이블의 강도를 보강하기 위해 내부에 철 강선을 삽입하는 방식을 사용했으나, 이 과정에서 케이블의 무게가 크게 증가하므로 송전탑을 설치하는데 추가적인 노력과 요구 사항도 늘어나게 된다. 반면 이 복합선재를 이용하면 송전탑의 수를 줄여 환경 파괴를 줄이고 비용을 절감할 수 있다."고 설명했다. 권 교수는 TAS(Total Aluminum Service)와 이 복합선재 제조방법의 기술이전 계약을 체결하였다.

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"탄소나노튜브-알루미늄 복합 재료 케이블은 일반 케이블에 사용되는 구리와 비교해 인장 강도는 뒤지지 않으면서 무게는 1/3에 불과하다."고 권 교수가 덧붙였다. 나노튜브를 도입하여 금속의 무게를 줄일 수 있다는 점이 크게 주목받고 있으며, 이 기술은 항공, 자동차, 전기, 에너지와 같은 주류 공학 분야에서 널리 활용될 수 있을 것으로 전망된다. 그 예로, 권 교수는 단일벽 탄소나노튜브를 사용하여 강철 실린더의 무게는 줄이고 수명을 늘리는 방법도 개발했다.

단일벽 탄소나노튜브를 활용해 금속 복합 재료를 강화하는 것은 금속 복합 재료 활용의 폭을 넓히고, 재료를 간편하고 경제적으로 가공할 수 있어 실질적인 대량 생산기술의 모든 조건을 충족한다. 권 교수는 초기 충전식 레이저 조명용 LED 및 HID 조명을 탄소나노튜브가 추가된 금속-세라믹으로 대체하는 연구를 진행한 바 있다.