거미가 그래핀 혹은 탄소나노튜브(CNT)를 같이 뿜어 만든 거미줄의 높은 강도

거미줄은 강철보다 높은 인장 강도와 인성(toughness)을 가진 천연물질입니다. 매우 높은 강도를 가지고 있습니다. 그런데 최근 관심의 대상인 인공 물질로는 그래핀과 탄소나노튜브가 있습니다. Carbon으로 만들어져 있으며 최고 수준의 강도를 지닌 고기능 재료입니다. 이번 연구는 이러한 두 가지 종류의 물질을 섞어 만들어 보았습니다. 거미에게 graphene, CNT를 섞은 물을 뿌려놓으니 이를 삼키고 내뱉어 신기한 거미줄을 만들었습니다.

이탈리아의 트렌토 대학교의 Nicola Maria Pugno 교수의 연구팀은 천연 물질에서 최고 수준의 강도를 자랑하는 거미줄의 강도를 더 향상시키는 시도를 하였습니다. 그래핀, 탄소나노튜브를 혼합하면 더 좋지 않겠냐는 아이디어에서 출발하였습니다. 이탈리아에 사는 거미로 이러한 물질이 든 실을 내뿜어 만들도록 하는 아주 단순한 시도를 하였습니다.

그래핀, 탄소나노튜브로 만든 거미줄

Graphen과 CNT 각각에 대해 실험하였고, 어느 쪽이 더 많이 강도가 향상되는지 살펴보았습니다. 결과적으로 어떤 물질을 섞더라도 강도가 대폭 향상되었습니다. 더 높은 수치는 탄소나노튜브를 혼합한 물을 사용했을 때였습니다. 천연 거미줄의 약 3.5배였으며, Young's modulus는 47.8GPa에 도달하였습니다. 지금까지의 천연 물질 중에서 최고의 값이며, 합성섬유인 '케블라 49 (Kelvar49)'를 뛰어 넘는 수치입니다.

이렇게 높은 강도로 얻은 것을 보면, 단순히 거미줄 표면에 물질이 코팅된 것 같지는 않다고 합니다. 아직 정확한 메커니즘은 모르고 있습니다. 거미줄을 만들면서 그래핀과 탄소나노튜브가 섬유(spider silk) 안으로 들어가서 구조를 변화시킨 것으로 보고 있습니다. 이에 대해서 분석을 했을텐데도, 정확한 원리를 모르는 것을 보면 향후에 더 연구할 여지가 있을듯 싶습니다.

아무튼 실험을 마친 몇마리의 거미는 임무를 완수한 후에 바로 죽었다고 합니다. 따라서 대량생산하기에는 안좋다고 하네요. ㅋ.... 향후에 원리를 밝히는 연구가 이어지게 되면 이를 이용한 물질의 합성도 가능할 것입니다.