연구팀이 개발한 탄소나노튜브(CNT) 코일. 한국과

연구팀이 개발한 탄소나노튜브(CNT) 코일. 한국과학기술연구원(KIST) 제공. 전기차, 드론, 우주선 등 이동 수단의 무게를 줄이면 에너지 소비를 줄이고 배터리 효율을 높일 수 있다. 이동 수단을 경량화할 수 있는 핵심 소재가 개발됐다. 한국과학기술연구원(KIST)은 김대윤 복합소재기술연구소 책임연구원 연구팀이 탄소나노튜브(CNT)로 전기 모터 코일을 만들고 모터를 구동하는 데 성공했다고 25일 밝혔다. 전기 모터는 전동 이동 수단의 필수 구성 요소다. 전기 모터의 무게에서 가장 큰 비중을 차지하는 것은 코일이다. 구리와 같은 금속은 전기 전도성이 높기 때문에 코일의 주재료로 사용되지만 고밀도로 무겁다는 한계가 있다. 연구팀은 금속 대신 CNT로 모터 코일을 제작했다. CNT는 탄소 원자가 육각형 벌집 구조로 배열된 1차원 튜브 형태의 나노 소재다. 일반 금속보다 훨씬 가볍고 전기 전도성, 기계적 강도, 열 전도성 등이 우수한 차세대 소재다. CNT를 실제 산업에 응용하는 데 어려움이 있다. 주요 장애물 중 하나는 제조 과정에 쓰이는 촉매 금속의 잔류가 생긴다는 점이다. CNT 표면에 촉매 금속 잔류가 자성 입자로 남아 모터의 전기적 특성을 저하시킨다. 연구팀은 액체와 고체 중간 상태인 ‘제4의 물질 상태’를 이용한 CNT 정제 공정을 개발했다. 이 공정은 CNT를 정렬하는 과정에서 생기는 강한 응집 현상을 해소해 CNT 표면에 자성 입자가 남지 않도록 만든다. CNT의 나노 구조를 손상시키지 않으면서 불순물만 선택적으로 제거할 수 있는 방법이다. 연구팀은 개발한 공정으로 CNT 코일을 만든 뒤 모터에 적용해 모터의 분당 회전수(RPM)가 안정적으로 제어된다는 점을 확인했다. 전기 에너지를 기계적 회전력으로 전환하는 모터의 작동이 금속 없이 가능하다는 점을 입증한 것이다. 김 책임연구원은 “기존에 없던 개념의 CNT 고품질화 기술을 개발해 CNT 코일의 전기적 성능을 극대화하고 금속 없이 전기 모터를 구동하는 데 성공했다”며 “CNT 소재 혁신을 바탕으로 배터리용 도전재, 반도체용 펠리클(얇은 투명 필름), 로봇용 케이블 등의 소재 국산화에 앞장서겠다”고 말했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘고급 복합 재료 & 하이브리드 재료’ 최신호에 실렸다. <참고 자료> doi.org/10.1007/s42114-025-01302-4 유기현 KIST 기능성복합소재연구센연구팀이 개발한 탄소나노튜브(CNT) 코일. 한국과학기술연구원(KIST) 제공. 전기차, 드론, 우주선 등 이동 수단의 무게를 줄이면 에너지 소비를 줄이고 배터리 효율을 높일 수 있다. 이동 수단을 경량화할 수 있는 핵심 소재가 개발됐다. 한국과학기술연구원(KIST)은 김대윤 복합소재기술연구소 책임연구원 연구팀이 탄소나노튜브(CNT)로 전기 모터 코일을 만들고 모터를 구동하는 데 성공했다고 25일 밝혔다. 전기 모터는 전동 이동 수단의 필수 구성 요소다. 전기 모터의 무게에서 가장 큰 비중을 차지하는 것은 코일이다. 구리와 같은 금속은 전기 전도성이 높기 때문에 코일의 주재료로 사용되지만 고밀도로 무겁다는 한계가 있다. 연구팀은 금속 대신 CNT로 모터 코일을 제작했다. CNT는 탄소 원자가 육각형 벌집 구조로 배열된 1차원 튜브 형태의 나노 소재다. 일반 금속보다 훨씬 가볍고 전기 전도성, 기계적 강도, 열 전도성 등이 우수한 차세대 소재다. CNT를 실제 산업에 응용하는 데 어려움이 있다. 주요 장애물 중 하나는 제조 과정에 쓰이는 촉매 금속의 잔류가 생긴다는 점이다. CNT 표면에 촉매 금속 잔류가 자성 입자로 남아 모터의 전기적 특성을 저하시킨다. 연구팀은 액체와 고체 중간 상태인 ‘제4의 물질 상태’를 이용한 CNT 정제 공정을 개발했다. 이 공정은 CNT를 정렬하는 과정에서 생기는 강한 응집 현상을 해소해 CNT 표면에 자성 입자가 남지 않도록 만든다. CNT의 나노 구조를 손상시키지 않으면서 불순물만 선택적으로 제거할 수 있는 방법이다. 연구팀은 개발한 공정으로 CNT 코일을 만든 뒤 모터에 적용해 모터의 분당 회전수(RPM)가 안정적으로 제어된다는 점을 확인했다. 전기 에너지를 기계적 회전력으로 전환하는 모터의 작동이 금속 없이 가능하다는 점을 입증한 것이다. 김 책임연구원은 “기존에 없던 개념의 CNT 고품질화 기술을 개발해 CNT 코일의 전기적 성능을 극대화하고 금속 없이 전기 모터를 구동하는 데 성공했다”며 “CNT 소재 혁신을 바탕으로 배터리용 도전재, 반도체용 펠리클(얇은 투명 필름), 로봇용 케이블 등의 소재 국산화에 앞장서겠다”고 말했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘고급 복합 재료 & 하이브리드 재료’ 최신호에 실렸다. <참고