《정보기술, 나노기술, 생물공학을 비롯한 핵심기초기술과 새 재료기술, 새 에네르기기술, 우주기술, 핵기술과 같은 중심적이고 견인력이 강한 과학기술분야를 주타격방향으로 정하고 힘을 집중하여야 합니다.》
탄소섬유는 높은 력학적세기와 탄성률, 우수한 전기 및 열전도성 그리고 높은 피로세기와 부식저항성을 가진것으로 하여 항공우주공업을 비롯한 중요공업부문들에서 섬유복합재료로 널리 리용되고있다.
전통적인 탄소섬유는 섬유직경이 대체로 5~20㎛범위에 있으며 폴리아크릴로니트릴(PAN)과 같은 전구체섬유를 탄화시켜 만들고있다. 섬유직경이 1㎛이하인 탄소나노섬유는 탄소섬유가 가지고있는 성질이외에도 높은 비표면적을 가지고있는것으로 하여 나노재료로서의 독특한 기능들을 나타내게 되며 초고용량축전지와 리티움이온충전지의 전극재료, 촉매담체, 수감재료, 분리흡착재료로 널리 응용되고있다.
현재 탄소섬유는 대부분 폴리아크릴로니트릴(PAN)을 습식 혹은 건식방사하고 그것을 연신, 안정화, 탄화하여 제조한다. 그러나 련속의 탄소나노섬유는 일반방사법으로는 제조할수 없고 정전기방사법으로 제조하여야 한다.
정전기방사법에서는 노즐과 수집기사이에 10~30kV의 정전기마당을 걸어주는데 이때 방사액속의 전하들은 전기부호에 따라 반대방향으로 끌리며 용액의 표면장력을 극복하고 길게 연신되다가 나중에는 분출을 일으키게 된다. 이때 류체의 구부러짐불안정성이 조성되며 류체는 라선운동을 하게 되고 정전기마당속에서 계속 연시되면서 가늘어지게 되고 수집극에 도달할 때는 나노섬유가 된다.
우리는 분자량이 15만g/mol의 PAN분말을 디메틸포름아미드 (DMF)용매에 풀어 방사액을 제조하고 주사뽐프의 노즐과 수집기사이(거리 15~20cm)에 18~20kV의 직류고전압을 걸어주어 정전기방사하여 섬유직경이 500nm정도인 중합물나노섬유막을 얻었다. 이 막에 장력을 조성하고 250~280℃에서 산화시켜 안정화된 나노섬유막을 얻었다. 산화과정에 탈수소화가 진행되고 탄소고리가 형성되여 탄화처리 때 섬유의 수축과 탄소의 증발을 억제시킬수 있다.
우리는 안정화된 나노섬유막을 진공배기하고 질소기체를 주입한 탄화로에서1000℃로 10~20min 가열하여 탄화시켰다. 이때 탄소원소를 제외한 나머지 원소들은 분해되여 빠져나가며 그라펜구조의 결정화가 진행된다. 이렇게 얻은 탄소나노섬유막과 그의 주사전자현미경사진을 그림 1과 그림 2에서 각각 보여주고있다. 얻어진 탄소나노섬유의 평균직경은 300nm정도였다.
우리는 또한 탄소나노섬유막을 600℃의 수증기속에서 활성화시켜 비표면적이 900m2/g이상인 섬유막을 얻었는데 이것은 활성탄을 대신하는 분리흡착재료로, 초고용량콘덴샤의 전극재료로 리용할수 있다.
