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2025-11-25 (화)

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[신소재 신기술(205)] 케블라보다 강한 방탄섬유 개발⋯탄소나노튜브 결합 '초고강도 신소재' 등장

수십년 간 방탄복과 장갑차의 핵심 소재로 사용돼 온 케블라(Kevlar) 보다 더 강하고 유연한 소재가 개발됐다. 중국 베이징대 진장(靳章) 교수 연구팀이 케블라보다 강하고 유연하며, 총탄 저지 능력이 월등한 복합 신소재 섬유를 개발했다. 이번에 개발된 '초고강도 아라미드 복합섬유'는 기존 케블라에 사용되는 방향족 폴리아미드(아미드) 구조에 탄소나노튜브(Carbon Nanotube)를 결합한 형태다. 연구팀은 이 두 소재를 단순히 혼합하는 대신 고분자 사슬과 탄소나노튜브를 직선적이고 평행하게 정렬시키는 '다단 신장(stretching)' 공정을 적용해 결합력을 극대화했다. 이 정렬 구조 덕분에 충격 시 섬유 내부 사슬이 미끄러지지 않아 훨씬 많은 에너지를 흡수할 수 있다. 연구팀은 "이번 연구는 초고강도와 초고인성을 동시에 구현한 아라미드 섬유 제작의 새로운 전략을 제시했다"며 "섬유 내 분자 정렬과 나노 결합 구조가 강도 향상의 핵심"이라고 밝혔다. 해당 연구는 국제 학술지 매터(Matter)에 게재됐다. 연구 내용은 웹사이트 PHYS와 과학기술 전문매체 뉴사이언티스트 등이 다루었다. 실험 결과, 새 소재의 '동적 강도(dynamic strength)'는 기존 아라미드 섬유보다 현저히 높았으며, 에너지 흡수 능력은 706.1메가줄/㎥로 기존 최고 기록을 두 배 이상 뛰어넘었다. 특히 두께 1.8mm의 이 섬유 시트는 총탄을 막아낼 만큼의 높은 방호력을 보였으며, 동일 두께의 케블라 섬유보다 약 3배 더 강한 것으로 평가됐다. 향후 방탄복, 헬멧, 군요 차량은 물론 항공우주용 보호소재로의 응용 가능성이 높다고 연구팀은 전망했다. 한편, 케블라는 1973년 미국 듀폰(DuPont)사가 아라미드 섬유의 상용화에 성공해 개발한 내열성 합성섬유다. 강철보다 5배 강한 인장력을 지녀 수십 년간 방호용 섬유의 표준으로 사용돼 왔다. 아라미드(Aramid)는 미국 듀폰의 케블라, 일본 테이진(帝人)의 트와론, 한국 코오롱의 헤라크론 등 소수의 기업만이 독점기술을 보유한 기술집약적 소재다. 현존하는 섬유 중 가장 강한 소재인 아라미드는 섭씨 500도(℃)에도 연소되지 않는 뛰어난 내열성과 화학약품에 대한 내약품성을 지닌다. 그러나 섬유를 더 강하게 만들면 취성이 커지는 한계가 있어 '강도와 인성의 동시 확보'는 오랜 숙제로 남아 있었다. 이번 연구는 그 난제를 해결한 것으로 평가된다. 과학계는 이번 성과가 "케블라 이후 50년 만의 혁신"이라며, 초경량·초내구 방호소재 시대의 개막을 예고했다. ◇ 참고 문헌: Jiajun Luo 외, 동적 강도 최대 10 GPa 및 동적 인성 최대 700 MJ m−3를 갖는 아라미드 섬유, Matter (2025). DOI: 10.1016/j.matt.2025.102496
- IT/바이오
2025-11-04 14:05:00
한국, 2029년까지 항공·우주용 국산 탄소복합재 기술 확보

한국 정부가 2029년까지 항공·우주용 국산 탄소복합재 기술 확보하기 위해 나선다. 탄소복합재는 가벼우면서 강도가 높은 특성을 지닌 혁신 소재로서 항공우주, 자동차, 에너지 등 다양한 분야에서 활용 가능성이 높다. 하지만 국내 탄소복합재 산업은 아직 초기 단계에 머물러 있으며, 기술력 부족과 해외 경쟁으로 인해 해외 시장 진출에 어려움을 겪고 있었다. 산업통상자원부는 22일 서울 강남구 한국과학기술회관에서 제2차 탄소복합재 점프업 파트너십 회의를 열고 이 같은 내용을 포함한 '항공·우주용 국산 탄소복합재 기술개발·인증 로드맵'을 발표했다. 정부는 이를 통해 도심항공교통(UAM), 우주발사체 등 미래산업 기반을 확보하고 수출 시장 확대를 도모한다는 전략이다. 이번 로드맵은 첨단 소재 분야의 핵심 기술 확보, 해외 시장 공략, 산업 생태계 구축 등 3가지 주요 목표를 중심으로 구성됐다. 이 로드맵은 오는 2029년까지 탄소복합재 기술 개발과 관련 인증을 획득하기 위한 기업별·제품별 개발 일정과 전략을 담고 있다. 구체적으로는 차세대 무기체계, 차세대 항공기 구조물, 소형발사체 미래항공모빌리티(AAV), 수송기 등 분야에 사용될 탄소복합재 기술 개발 계획이 포함됐다. 다만, 산업부는 보안 등의 이유로 로드맵의 세부 일정과 내용은 공개하지 않았다. 그러나 수요기업의 제품 개발 계획에 맞춰 국산 탄소복합재가 공급될 수 있도록 탄소복합재 기업의 기술개발 및 인증획득을 지원하고 부품의 실증 지원을 추진할 예정이다. 또한 이 로드맵이 차질 없이 진행될 수 있도록 점프업 파트너십 내 운영 중인 '우주항공·방산 분과'에서 이행 상황을 점검하기로 했다. 산업부는 지금까지 국내 탄소복합재는 항공·우주 분야에 사용된 실적이 부족해 해외시장 진출에 어려움을 겪어왔으나, 이번 로드맵을 통해 해외 진출 기회가 확대될 것으로 기대했다. 위에서 밝혔듯이, 탄소복합재는 탄소섬유, 활성탄소, 인조흑연, 탄소나노튜브(CNT) 등 가볍고 강도가 높은 물리적 특성을 갖는 소재다. 이 중 탄소섬유는 UAM, 우주발사체 등에 쓰이고, 탄소나노튜브는 이차전지 등 첨단산업의 핵심 소재로 활용된다. 앞서 정부는 지난해 7월 한국항공우주산업(KAI), 대한항공 등 탄소복합재 수요 기업과 효성첨단소재, 국도화학, 한국카본 등 공급 기업이 참가하는 '탄소복합재 점프업 파트너십'을 발족해 이번 로드맵을 준비해왔다. 이승렬 산업부 산업정책실장은 "업계가 수립한 로드맵을 통해 국산 소재가 항공·우주용 첨단분야로 활발히 진출할 수 있길 기대한다"며 "정부도 로드맵 이행에 차질이 없도록 적극 지원하겠다"고 강조했다. 탄소복합재 산업의 성장은 국내 제조업의 경쟁력 강화에도 기여할 것으로 기대된다. 탄소복합재는 항공우주, 자동차, 에너지 등 첨단 산업의 핵심 소재로 활용되기 때문에, 탄소복합재 산업의 성장은 이러한 산업들의 경쟁력을 높일 수 있다.
- IT/바이오
2024-05-22 12:58:00