신축성·강성·자가 치유…웨어러블 세 마리 토끼 한꺼번에 잡았다 > IT/과학기사 | it/science

KAIST 연구팀, 관련 연구결과 내놓아

[아이뉴스24 정종오 기자] 국내 연구팀이 새로운 자가 치유 탄성 고분자 소재 설계전략을 통해 기존 웨어러블에 모두 충족시키기 어려웠던 신축성과 강성, 자가 치유 효율을 모두 향상하는 데 성공했다.

웨어러블 전자 소자, 소프트 로보틱스 등 차세대 전자 디바이스에는 오랜 시간 손상되지 않고 구동하기 위해서는 단단하고 잘 늘어나면서도 스스로 치유되는 성질을 가지는 탄성 고분자 소재의 개발이 필요하다.

한국과학기술원KAIST, 총장 이광형 신소재공학과 강지형 교수 연구팀이 탄성 고분자 소재의 기계적 물성과 자가 치유 효율성을 동시에 높이는 새로운 고분자 설계법을 28일 개발했다.

국내 연구팀이 음이온 혼합을 통한 잘 찢어지지 않으면서 효율적 자가 치유가 가능한 탄성 고분자 소재를 개발했다. [사진=KAIST]

자가 치유 고분자는 고분자 사슬의 움직임이 많고 에너지 분산에 효율적 결합이 사용될 경우에 자가 치유 특성을 가진다. 이러한 성질은 고분자 소재를 기계적으로 약하게 만들어 강하면서 스스로 치유되는 특성을 동시에 가지는 재료의 개발에는 어려움이 있었다.

KAIST 강지형 교수 연구팀은 금속 이온과 유기 리간드를 포함한 고분자 사이의 결합에 음이온이 미치는 영향에 대해 다양한 분석법을 통해 심도 있게 분석했다. 고분자 소재가 외부 힘에 얼마나 견디는지에 대한 응력 완화 메커니즘을 규명했다.

이를 바탕으로 각기 다른 기능을 가지는 두 음이온을 의도적으로 섞어 기존 소재 대비 강성이 세 배 이상 높이는 동시에 자가 치유 효율성도 같이 향상하는 결과를 얻어냈다.

단백질에서 많이 볼 수 있는 배위 결합을 기반으로 한 자가 치유 고분자는 금속 양이온과 고분자내 유기 리간드가 가교 결합을 형성하고 전하 균형을 위해 음이온이 근처에 존재하는 형태를 가지고 있다.

기존의 연구들은 음이온이 배위 결합 형성에 미치는 영향을 심도 있게 분석하지 않았다.

연구팀은 다른 성질을 나타내는 다섯 가지 음이온을 선별해 배위에 참여하는 음이온, 배위에 참여하지 않는 음이온, 둘 이상의 배위 방식을 가지는 음이온 등 총 세 카테고리로 분류했다.

이들이 거시적 고분자 물성에 미치는 영향을 분석했다. 배위에 참여하는 음이온은 고분자의 탄성률을 높이는데 소재가 끊어지지 않고 늘어나게 하는 연신율을 감소시키는 반면 배위에 참여하지 않는 음이온은 낮은 탄성율과 높은 연신율을 부여한다.

둘 이상의 배위 방식을 가지는 음이온은 응력 완화 메커니즘의 다양화를 이끌어 높은 탄성률과 상대적으로 높은 연신율을 가진다.

연구팀은 다중 배위 방식을 가지는 음이온과 배위에 참여하지 않는 음이온을 혼합했을 때 두 음이온이 가지는 시너지로 인해 단독 음이온 시스템에 비해 더 높은 탄성률, 높은 연신율, 높은 자가 치유 효율성이 나타나는 것을 알아냈다.

강지형 교수는 “이번 연구는 양날의 검과 같은 관계를 갖는 탄성 고분자 소재의 기계적 성질과 자가 치유 효율성을 동시에 높이는 새로운 전략을 개발했다는 데 의미가 있다”며 “잘 찢어지지 않는 자가 치유 연성 고분자의 설계와 합성에 새로운 방향성을 제시, 차세대 소재 개발에 크게 이바지할 것”이라고 설명했다.

KAIST 신소재공학과 박현창 박사가 제1 저자로 참여한 이번 연구 결과논문명: Toughening self-healing elastomer crosslinked by metal#x2013;ligand coordination through mixed counter anion dynamics는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스Nature Communications’ 8월 19일자에 실렸다.

/정종오 기자ikokid@inews24.com

[관련기사]

▶ "피 같은 3억8300만원 빼간 택배 문자"…부산서 일어난 대형 스미싱 사건

▶ "애플·구글 다 비켜"…삼성 로고 박은 갤Z5, 아이폰 텃밭 日서 일 낸다

▶ 오염수 안전성 입증 나선 日 "삼중수소 안나왔다"…뿔난 中, 반일 감정 고조

▶ [기가車] 문콕으로 수리비 95만원…블랙박스 살펴보니

▶ "생각보다 적네"…중국산 테슬라 모델Y 보조금 514만원 받는다

▶ [오늘의 운세] 2023년 8월26일 띠별#x2027;별자리

▶ 비명계 이상민, 민주당 분당 다시 거론…"이재명 물러나야 막아"

▶ "여전한 재고"···파운드리 업계, 하반기도 먹구름

▶ 日 오염수 배출 시작…깊어지는 급식업계 속앓이

▶ "우리 단지엔 유명인 살아요" 자랑하는 이유 [현장 써머리]

/* iframe resize for nate news */ function${ setYoutube; function setYoutube { iftypeof frmTarget !=undefined{ frmTarget.findiframe, object.eachfunction idx { $this.css{height: parseInt$this.width / 1.8}; window.parent.postMessage{ method: fnct, name: callFnct, property: {target: youtube_resize_iframe, elementClass: .frameMV, height: parseInt$this.width / 1.8, idx: idx} }, *; }; } } }jQuery;