뼈처럼 사용할수록 더 강해지는 신소재 개발 > IT/과학기사 | natenews rank

한미 공동연구진이 인간의 생체모방기술을 이용, 사용할수록 단단해지는 신소재를 개발하는 데 성공했다.

아파트 건물, 차량 등을 구성한 재료는 반복 하중을 받으면 시간이 지나면서 성능이 저하돼 고장과 파괴가 발생하지만, 인간의 뼈는 뼈에 하중이 가해지면 피에서 미네랄을 합성해 골밀도를 증가시키는 원리를 이용한 것이다.

강성훈 한국과학기술원KAIST·카이스트 신소재공학과 교수 연구팀이 미국 존스홉킨스대학, 조지아 공과대학과의 공동연구를 통해 반복적으로 사용할수록 더욱 강해지는 신소재를 개발했다고 20일 밝혔다.

강 교수 연구팀은 세포의 작용을 대체하기 위해 힘을 많이 가할수록 더 많은 전하를 생성하는 다공성 압전힘을 전기로 변환하는 작용 바탕재를 만들고, 그 안에 피와 유사한 미네랄 성분을 갖는 전해질을 넣은 복합재료를 합성했다.

그리고 이 재료에 주기적인 힘을 가해 재료의 물성 변화를 측정한 결과, 응력의 빈도와 크기에 비례해서 재료의 강성과 에너지 소산 능력이 향상되는 결과를 보였다.

미네랄이 반복적인 응력에 의해 다공성 재료 내부에 형성되고, 커다란 힘이 가해졌을 때는 파괴되면서 에너지를 소산시키며, 다시 반복적인 응력을 가하면 미네랄이 재형성되기 때문임을 마이크로 CT를 이용한 내부 구조 촬영을 통해 밝혀냈다.

기존의 재료들이 반복 사용할수록 강성과 충격 흡수 능력이 감소하는 것과 달리, 신소재는 사용할수록 강성과 충격 흡수 능력이 동시에 향상되는 특성을 나타냈다. 또 가해지는 응력의 크기와 빈도에 비례해서 특성이 향상돼 구조물의 용도에 적합한 기계적 물성 분포를 갖도록 자가 조정이 가능하며, 자가 치유 능력도 갖췄다.

강 교수는 "신소재는 기존 재료에 비해 반복적으로 사용할수록 강성과 충격 흡수가 잘되는 특성을 가져 인공 관절뿐만 아니라, 항공기, 선박, 자동차, 구조물 등 다양한 분야에 원리가 응용될 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

강 교수가 교신저자로 발표한 이번 연구는 국제 학술지 사이언스 어드밴시즈Science Advances 2월 11권 6호에 출판됐다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr

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