지난 10년간 고성능 탄소나노튜브(CNT) 섬유를 제조하기 위한 많은 전략이 보고되었다. CNT 전처리 방법이나 섬유 후처리 경로와 무관하게 방사는 필수 공정이지만, 정작 방사 공정 자체에 대해서는 거의 연구가 이루어지지 않았다. 이러한 섬유를 방사로 형성하는 과정에서는 번들 내부 및 번들 간 공극이 불가피하게 발생한다. 이러한 공극의 크기와 양은 섬유의 거시적 특성을 좌우한다. 따라서 섬유 내부 공극을 제어하는 것이 거시적 특성을 향상시키는 핵심이다. 우리는 특히 용액 방사에서 번들 간 및 번들 내부 공극을 중심으로, 섬유의 미세구조 변화에 대해 체계적으로 탐구하였다. 출구 주변 노즐(스피너레트)에서는 인발에 의한 신장 변형이 섬유 배향에 핵심이며, 목표 배향을 위한 최소 인발비(DR∗=4.5)를 확인하였다. 또한 응고 공정을 제어함으로써 섬유의 형상을 원형에 가깝게 만들어 섬유 내 공극을 0.08 vol%로 현저히 감소시켰다. 그 결과, 포장 밀도와 배향의 증가는 섬유 성능을 극대화하였다. 고도로 배향되었고 미세한 형태를 보이는 결과 섬유는 인장강도 5.0 ± 0.3 GPa, 탄성률 302 ± 31 GPa, 전기전도도 11.2 ± 0.5 MS m−1, 열전도도 398 ± 27 W m−1 K−1, 그리고 노트 효율 85 ± 11%를 나타냈다. 이러한 섬유 형성에 대한 본 체계적 연구가 고성능 다기능 CNT 섬유의 개발에 유용한 통찰을 제공할 것으로 기대한다.

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