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2020. 3. 18. 11:38
마스크 대란에 시달리는 요즘 카이스트가 최근 빨아 쓰는 나노마스크를 개발해 주목받고 있는데요. 이 나노마스크는 나노섬유로 만든 것으로, 20번 반복 세척해도 여과 효율이 94% 이상 유지되는 높은 성능을 자랑합니다. 오늘은 나노마스크를 만드는 데 사용되는 나노섬유란 무엇인지 알아보도록 하겠습니다.
나노섬유는 100nm(1nm=10억분의 1m) 이하의 초극세실을 의미하는데요. 보통 극세사는 사람 머리카락 굵기의 100분의 1보다 가는 실로 ‘마이크로파이버(microfiber)’라고 합니다. 이 극세사보다 더 얇고 가는 섬유, 즉 굵기가 1nm~100nm 섬유를 ‘나노섬유’라고 합니다.
▲나노섬유를 만드는 전기방사기계(출처: bioinicia.com)
보통 섬유는 높은 압력을 가해 실을 만들어내는데요, 나노섬유는 고압 대신 전기장을 가해 실을뽑아냅니다. 이를 ‘전기방사(electrospinning)’ 라고 하는데요. 원료인 고분자물질에 고전압 전기장을 걸면 원료물질 내부에서 전기적 반발력이 생겨 분자들이 뭉치고 나노 크기의 실 형태로 갈라지게 됩니다. 전기장이 강할수록 가늘게 갈라지는데요, 이렇게 뽑은 실은 별도 직조과정 없이 한데 모으기만 하면 서로 얽혀 천이 됩니다.
고분자 나노섬유는 가장 먼저 개발된 섬유인데요. 1980년대 초 도날슨(Donaldson)사가 세계 최초로 500nm 이하의 전기방사 나노섬유를 제조해 공기필터 시장에 적용했습니다.
탄소 나노섬유는 탄소섬유와 거의 유사하지만 5-~200nm의 직경을 지닌 섬유로, 작은 세공을 이용한 흡착특성이 뛰어나며, 우수한 전기 전도성을 지니고 있는데요. 이와 같은 특징으로 에너지 저장 및 변환 소자뿐만 아니라 수 처리 필터, 에어 필터 등에 응용이 가능합니다.
나노섬유 소재는 고분자와 탄소 외에도 세라믹, 유리, 금속, 그리고 복합체 등 다양한 소재가 응용되고 있어 거의 모든 산업분야에 적용되고 있습니다.
▲KAIST에서 개발한 나노섬유 마스크(출처: KAIST)
나노섬유는 부피에 비해 표면적이 매우 큰 특징을 가지고 있는데요. 이를 활용해 가스나 유체로부터 미세입자를 분리하는 고효율 필터 소재로 활용될 수 있습니다. 필터용 나노섬유는 친환경 기술에 주로 적용돼 공기필터, 정수필터, 연료필터, 필터용 항균성 나노섬유로 사용됩니다.
나노섬유 직물은 미세입자나 박테리아 등은 통과시키지 않지만 구조적으로 내부의 땀 등은 배출하는 기능을 지니고 있는데요. 막의 외부에서 액체가 들어오지 못하도록 제조가 가능하고 방풍성을 가지고 있습니다. 전기방사된 나노섬유 직물은 분리막과 유사한 구조를 지니고 있어 투습 및 발수기능을 가진 소재를 만들 수 있는데요. 전투복, 스포츠웨어뿐 아니라 방호기능제품을 만들 수 있습니다.
현재 마스크 품귀 문제가 심각하고, 마스크 폐기에 따른 환경문제가 발생하고 있는데요. 여러 번 사용이 가능한 나노섬유 마스크 개발로 우리의 건강과 환경을 동시에 해결해 줄 수 있을 것으로 기대를 모으고 있습니다. 앞으로 더 다양한 분야에서 활약할 나노섬유의 미래를 기대해봅니다.
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