KIST, 중성자 차폐 섬유 개발…우주복 활용 기대

두께 1.62㎜서 열중성자 약 99% 차단 가능

3.5㎞ 이상 연속 생산…1000℃ 내열성 확보

한국과학기술연구원은 우주용복합소재연구단 김대윤 박사 연구팀이 질화붕소나노튜브(BNNT)를 활용해 고강도·고내열성 중성자 차폐 섬유를 세계 최초로 구현했다고 2일 밝혔다. ⓒ한국과학기술연구원

국내 연구진이 우주복 등에 활용할 수 있는 가볍고 유연한 중성자 차폐 섬유를 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 우주용복합소재연구단 김대윤 박사 연구팀이 질화붕소나노튜브(BNNT)를 활용해 고강도·고내열성 중성자 차폐 섬유를 세계 최초로 구현했다고 2일 밝혔다.

우주에서는 고에너지 방사선이 물질과 충돌하면서 발생하는 2차 중성자가 인체와 전자기기에 위험을 줄 수 있다. 붕소를 포함한 BNNT는 중성자를 흡수하는 소재로 주목받았지만 쉽게 뭉치거나 부서져 섬유로 만드는 데 어려움이 있었다.

연구팀은 BNNT와 탄소나노튜브(CNT)를 균일하게 혼합하고 일정한 방향으로 정렬하는 제조 기술을 개발했다. 두 소재가 섞인 용액을 가느다란 노즐에 통과시켜 나노튜브를 한 방향으로 배열하는 방식이다.

이렇게 만든 섬유는 BNNT 함량이 약 80%에 달하고 인장 강도도 1GPa를 넘는다. 산소가 없는 조건에서는 1000℃ 이상의 고온에서도 안정성을 유지하는 것으로 확인됐다.

섬유는 매듭을 묶을 수 있을 만큼 유연하다. 직물의 열중성자 감쇠 성능을 측정한 결과, 두께 1.62㎜에서 약 99%를 차단할 수 있는 것으로 계산됐다. 이는 실험 결과를 바탕으로 산출한 수치로, 실제 우주 환경에서의 차폐 성능은 추가 검증이 필요하다.

연속 생산과 직물 제작 가능성도 확인됐다. 연구팀은 섬유를 3.5㎞ 이상 연속 생산했으며 기존 산업용 제직 장비로 평면형과 원통형 직물을 만드는 데 성공했다.

개발된 소재는 우주복의 관절처럼 움직임이 많은 부위나 우주선 내부에 활용할 수 있다. 원자력 시설과 방사선 치료실 등에서 사용하는 특수 방호복에도 응용이 가능할 것으로 기대된다.

연구팀은 생산 공정을 개선하고 실제 우주 환경에서 안정성과 신뢰성을 검증할 계획이다. 이를 바탕으로 한국형 우주복 등 방사선 방호 분야로 활용 범위를 넓힌다는 구상이다.

이번 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’ 온라인판에 게재됐다.

김대윤 KIST 박사는 “유인 우주 탐사를 위한 우주 방사선을 효과적으로 막을 수 있는 원천 소재를 확보했다는 데 의미가 있다”며 “실제 우주 환경 검증을 거쳐 한국형 우주복 개발에 속도를 내겠다”고 말했다.