우수한 전도성을 나타내는 신소재 ‘그래핀’과 ‘탄소나노튜브’는 차세대 전도성 복합재료의 충진재로 주목을 받고 있다. 그러나 나노탄소 복합재료의 전도성은 대부분 이론적 기대에 미치지 못한다고 알려져 있다.

이러한 문제 해결을 위해 단일 벤젠 구조를 가지는 ‘PGE(phenyl glycidyl ether)’를 탄소필러 표면에 도입하는 간단한 비공유 기능화 방법을 통해 복합재료의 전도성을 향상시킬 수 있음을 전북대 학생이 규명해 화제가 되고 있다.

화제의 주인공은 전북대 유기소재섬유공학전공 김미나 학생(18학번·지도교수 김성륜)이다. 김 씨는 전북대 복합재료설계연구실에서 학부 연구생으로 대학생활을 보내고 올 2월 졸업, 연구에 뜻을 두고 석사과정을 시작한 미래가 촉망되는 학생이다.

그간 복합재료 내 전도성을 저하시키는 요인인 탄소 필러의 응집을 억제하고, 필러의 균일한 분산을 유도하는 데 초점을 맞추고 연구에 매진해왔다.

이같은 연구에 대한 끊임없는 열정을 가진 그는 복합재료의 전도성 향상을 위해 신소재인 ‘그래핀 및 탄소나노튜브’에 주목했고, 여러 실험을 통해 단일 벤젠 구조를 나타내는 PGE를 이용하여 비공유 기능화 및 esterification 반응을 유도하여 필러와 메트릭스 사이의 계면 개선과 복합재료의 전도 특성을 향상 시킬 수 있음을 규명해 냈다.

이를 통해 학부 연구생으로는 드물게 SCI 국제 저널인 『Composites Communications』(IF : 7.685) 관련 논문이 게재되며 주목을 받았다. 게재된 논문 제목은 ‘Phenyl glycidyl ether-based non-covalent functionalization of nano-carbon fillers for improving conductive properties of polymer composites’로, 전북대 이혜성 대학원생(탄소소재파이버공학과 박사과정)과 김재우 박사(한국과학기술연구원 복합소재기술연구소) 등이 공동 저자로 참여했다.

김미나 학생은 “연구에 뜻을 두고 지난 2년 동안 학부 연구생으로 지내면서 새로운 연구 분야를 접하고, 그동안의 노력이 이렇게 의미 있는 결과로 환원되어 매우 기쁘다”며 “많은 도움을 주신 지도교수님과 공동저자들, 그리고 부모님께 진심으로 감사드리며, 이제 막 대학원 진학한 만큼 연구에 대한 초심을 잃지 않고 세상을 바꿀 수 있는 연구자로 성장해 나가겠다”고 밝혔다.

김성륜 지도교수는 “4차 산업혁명으로 인해 독자적인 연구능력을 갖춘 인재의 수요가 점점 더 커지고 있다. 이러한 시대적 요구에 부응하기 위해서는 학부생을 위한 공학교육 패러다임이 수정되어야만 하고, 학부생에 대한 적극적인 연구지도가 필요하다고 생각한다”며 “2년 동안 학부와 연구실 생활을 병행하며 훌륭한 연구성과를 일궈낸 김미나 학생의 노력에 찬사를 보내고 싶다”고 말했다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원사업 (No. 2021R1A2C1093839) 으로 수행됐다.