[일간경기=김종환 기자] 인천대학교 기계공학과 박형범 교수와 한국과학기술연구원(KIST) RAMP융합연구단 이성호 박사 연구진이 탄소섬유 제조 공정에 따른 복합소재 이방적 계면 특성을 규명하고 전산 역학을 통한 정량 평가 방법론을 개발했다.

공동 연구팀은 탄소섬유 표면의 원자힘 현미경(AFM) 이미지를 유한요소 시뮬레이션에 직접 도입해 섬유의 종방향, 횡방향, 수직 방향에서의 계면 거동을 체계적으로 분석할 수 있는 새로운 모델링 접근법을 최초로 개발했다.

이 연구는 이방적 표면 거칠기로 인한 기계적 맞물림과 계면 상호 화학 거동 사이의 복합적 상호작용을 밝혀내며 구조용 복합재 설계에 중요한 통찰을 제공한다. 일반적인 실험으로는 평가하기 어려운 복합소재 내 탄소섬유의 물성 결정 과정을 전산 역학으로 정량 평가할 수 있는 방법론을 제시했다.

RAMP융합연구단은 재활용 가능한 미래 에어 모빌리티 구조용 소재·부품 경량화 플랫폼 기술 개발을 목표로 KIST와 한국재료연구원, 한국생산기술연구원, 한국자동차연구원, LG화학 등 총 19개 기관이 협력하는 융합연구단이다.

연구팀은 이번 성과를 “전산 역학 방법론을 통한 복합소재 내 탄소섬유의 실용적 물성 평가 기술”로 정의하며 “보다 강하고 신뢰성 높은 복합재료 개발을 위한 명확한 방향성을 제공한다”고 밝혔다. 또한 “공정-구조-물성 간 복합적인 상호작용을 이해해 향후 복합재 응용을 위한 최적화된 설계 및 가공 전략 수립 기회를 열었다”고 덧붙였다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 융합연구단사업(CRC23013-000)과 나노 및 소재기술개발사업(2021M3H4A1A0304129), 산업통상자원부 지원 연구개발사업(RS-2024-00431920, RS-2025-19002973)의 일환으로 수행됐다.

연구 결과는 다학제적 엔지니어링 분야 학술지 Composites Part B: Engineering(IF 14.2, 2024 JCR 상위 0.3%) 2026년 1월호(Vol. 308)와 다학제적 재료과학 분야 학술지 Carbon(IF 11.6, 2024 JCR 상위 10.1%) 2025년 7월호(Vol. 242)에 각각 게재됐다.