‘지우개 달린 연필’에서 ‘탄소소재’와 ‘나노기술’의 만남까지

CNT, 응용연구가 활발한 재료

탄소나노튜브(Carbon Nonotube, CNT)는 1991년 일본의 Lijima 박사가 발견한 이후 뛰어난 전기, 열, 화학, 기계, 구조적 특성으로 자체 물성과 응용연구가 매우 활발한 재료다.

CNT는 육각형 벌집모양 탄소결합구조인 흑연판이 원통형으로 감겨진 구조로 속은 비어 있고 표면적은 넓은 특징을 갖는다. 이런 구조적 특성으로 인해 물리적, 화학전 변화를 통해 더욱 향상된 물성 재료 개발이 용이한 물질이다.

대부분 CNT 융합신소재는 고분자 기저를 사용하는 경우가 많으나 세라믹이나 금속에 CNT를 첨가해 만들기도 한다. CNT 융합신소재는 CNT 합성, CNT 융합신소재 설계, 성형/가공, 패키징 공정을 거쳐 제조된다.

이러한 과정 중에서 CNT 융합신소재 설계단계가 중요하며 CNT의 고른 분산, 표면 개질, 결함 최소화, 부피분율과 배열 제어 기술 등을 포함한 분산 기술이 핵심이다.

3대 강국 도약 위한 기술개발 시스템 구축

미국의 나노시장 조사기관 Lux Research에 따르면 나노융합산업시장은 2007년 1500억달러에서 2015년 3.1조달러로 연평균 46.3% 증가하고 2020년까지 연평균 22.6%의 꾸준한 성장세를 보일 것으로 전망했다. 특히, 소제/제조 부문 시장규모는 2007년 970억달러에서 2015년 1.8조달러로 성장할 것으로 예상된다.

국내 소재산업은 대기업 중심 범용소재 대량 생산 구조로 미래지향적인 첨단소재 개발 역량이 부족한 실정이다. 2007년 기준으로 국내 소재생산은 165.2조원으로 제조업 대비 16.7%를 차지하며 기술경쟁력은 선진국 대비 66% 수준이다.

나노기술분야 경쟁력은 미국, 일본, 독일에 이어 4위에 이르고 있으나 나노융합 신기술 분야의 경우 차세대 첨단소재 원천기술 확보 초기 단계에 있다. 세계 각국 정부는 나노기술분야에 대한 국가차원의 전략을 수립하고 정부투자를 지속적으로 확대하고 있다.

현재 우리나라 정부도 기존 인프라 활성화를 통해 국가 소재개발 역량을 강화하기 위한 일환으로 산업계 수요 중심 나노융합 기술 개발 시스템을 구축하고 2018년 세계 4대 소재강국, 2015년 나노융합 3대 강국으로 도약을 목표로 하고 있다.

기술경쟁력 확보를 위해 2009년 나노기술 분야에 총 2453억원을 지원했으며 지경부 등 관계부처에서 나노융합산업 육성을 위한 여러 사책을 추진하고 있다.

우리나라, CNT 기술경쟁력 세계 선두권

2011년 2월 일본 도쿄에서 개최된 ‘나노테크 2011’ 박람회를 통해 다양한 나노응용제품이 선보이게 되면서 나노단품에서 나노융합산업시장으로 변화하고 있음을 보여줬다.

하지만 나노탄소융합시장은 산업화 초기단계로 미성숙 단계의 시장이다.

본격적인 CNT 융합신소재 시장 활성화를 위해서는 제품기술력 검증과 양산체제가 필수다.

또한 CNT 제조방법과 응용에 대한 지적재산권 문제, 기존 시장을 대체할만한 가격경쟁력, CNT 재료 특성과 품질표준화, 인체 유해성 논란 등의 문제가 해결돼야 한다.

우리나라 CNT 기술경쟁력은 세계 선두권에 있으며 2010년 노벨상을 받은 탄소소재인 그래핀 연구에서도 국내 연구진의 약진이 두드러지고 있는 것으로 미뤄 짐작하면 CNT 융합신소재뿐만 아니라 나노탄소융합 전 분야에서 세계 시장 우위를 점해 국가경쟁력 제고에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.