▲탄소나노튜브(CNT) 및 BNNT소재 연구개발 개요

한국과학기술연구원(KIST) 전북분원 복합소재기술연구소는 최근 4U 프로젝트의 핵심 소재 중 하나인 질화붕소 나노튜브(boron nitride nanotube, BNNT)를 이용해 재활용이 가능한 첨단 세라믹 필터 제조기술을 세계 최초로 개발하였다고 2일 밝혔다.

이 기술은 초고온(레이저, 플라즈마)에서 성장돼 900℃까지 타지 않는 고품질의 질화붕소 나노튜브로 필터를 제조해 기공에 걸린 미립자를 태워서 제거하고 필터를 재활용하는 기술이다.

개발된 기술을 적용한 필터의 경우 매우 얇은 막의 형태로 제조할 수 있으며, 커피콩 1개 무게(약 100mg)의 소량 나노튜브만으로도 명함 크기의 필터 제조가 가능해 초미세입자를 99.9% 이상 제거할 수 있다.

또한 미세입자를 제거하는데 가장 중요한 요소인 기공의 크기를 손쉽게 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 미립자에 의해 막힌 필터를 태워서 재생하는 반복 공정 후에도 우수한 입자 제거 효율이 유지된다.

이러한 첨단 세라믹 필터를 대형 (초)미세먼지 발생원 등 대량 입자 제거 설비에 활용된다면 필터 교체 비용절감 및 대기오염 방지 등 다방면에서 시너지효과가 일어날 것으로 기대된다.

KIST 장세규 박사는 “본 필터는 미세입자의 제거뿐만 아니라 바이러스 정제, 수처리, 식품 등 대량 정제 공정 등에 적용할 수 있다”며 “질화붕소 나노튜브는 방열 및 방사선의 차폐 소재로도 응용 가능성이 높아 우주항공, 전자, 자동차, 원자력 등 고부가 가치가 높은 대형시장에 광범위하게 적용할 수 있다”고 밝혔다.

또한 KIST 4U 프로젝트를 이끌고 있는 홍재민 분원장은 “미국 NASA가 극한 우주환경 소재를 개발하는 과정에서 약 2,000 여건의 기술파급효과를 통해 실생활에 이용되는 기술을 개발한 것처럼, 이번 극한 소재개발 프로젝트는 기존 소재의 한계를 극복하는 신소재 개발과 실용화를 통해 국민 삶의 질을 높이는데 중요한 의미를 지닌다”고 말했다.

이번 연구는 KIST의 주도하에 한국과학기술원(생명화학공학과 김범준, 김지한 교수)의 공동연구로 이뤄졌으며, 연구결과는 국제학술지인 ‘Journal of Membrane Science’(IF : 6.035, JCR 분야 상위 4.070%) 최신호(4월 1일,Volume 551)에 게재됐다.

한편 KIST는 2017년부터 우주 승강기용 극한환경소재 개발을 목표로 KIST 개방형 연구 프로그램(Open Research Program) 4U 복합소재 프로젝트를 수행하고 있다.

4U는 우주 환경용 4가지 극한 물성으로 △초경량 △초고강도 △초고전기전도도 △초고열전도도를 뜻한다.