화학연, 값싼 황 폐기물로 고부가가치 적외선 투과 렌즈 소재 만든다

고강성·고투과 적외선 렌즈용 소재 개발
자율주행 나이트비전·열감지 카메라 등 응용 기대

이번에 개발한 역가황 고분자 소재를 고온 압축 성형 공정을 통해 필름 형태로 가공한 모습. 사진=한국화학연구원 제공

국내 연구진이 원유 정제과정에서 대량으로 발생하는 부산물인 값싼 황 폐기물을 활용해 고부가가치 적외선 투과 고분자 렌즈 신소재 개발에 성공했다.

한국화학연구원 김동균 박사, 한양대 위정재 교수, 충남대 이경진 교수 등 공동 연구팀은 다양한 적외선 광학 분야에 응용될 수 있는 높은 강성의 적외선 투과 역가황고분자 소재를 개발했다고 12일 밝혔다.

역가황 반응은 많은 양의 유기 고분자 사슬에 적은 양의 황을 섞어 고무 소재를 만드는 방법(가황 반응)과는 반대로 중량 50% 이상 많은 양의 황에 적은 양의 유기물을 섞는 방법이다. 연구팀이 개발한 고강성·고투과 역가황 고분자 소재는 향후 후속 연구와 상업화 연구를 통해 자율주행 나이트비전, 스마트 가전·센서 시스템, 의료·진단용 열감지 카메라, 군수용 야간 감시 카메라 등에 활용될 것으로 기대된다.

현재 적외선 투과 광학 소재의 제조에 사용되는 소재들은 모두 셀렌화 아연(ZnSe), 저마늄(Ge), 칼코게나이드 유리 등의 '무기물 기반' 소재로 주요 원재료가 비싸고 렌즈로 가공하기도 어렵다. 공동 연구팀은 황에 'TVB 가교제(트리비닐벤젠)'를 첨가하는 방식으로, 나노 스케일에서 상대적으로 황 함량이 높은 영역과 TVB 가교제 함량이 높은 영역으로 미세 상분리된 구조의 '역가황 고분자 신소재'를 합성했다. 개발된 황 함량 80%의 고분자 신소재 테스트 결과, 1.1㎜ 두께의 필름으로 제조 시 기존에 보고된 황 함유 고분자 소재와 유사하거나 조금 더 높은 수준의 우수한 적외선 투과도를 보였다. 온도를 높일 때 고분자 소재가 단단한 유리 형태에서 고무 형태로 변화는 온도인 유리 전이온도가 매우 높아 80℃ 가량 향상된 92.6℃ 수준으로 나타났다.

이영국 원장은 "이번 연구를 통해 개발한 기술은 값싼 황 폐기물로부터 고부가가치 고 황 함유량 고분자 소재를 합성하는 플랫폼 기술로, 이미징 기술뿐만 아니라 전기·전자, 에너지 등 응용분야에도 폭넓게 활용될 수 있기를 기대한다"고 말했다.

이번 연구결과는 과학기술 분야 국제학술지 '어드밴스드 옵티컬 머티리얼즈' 3월호 표지논문으로 게재됐다.