KAIST, 쭉쭉 늘어나는 웨어러블 디바이스 핵심기술 개발

음이온 혼합을 통한 잘 찢어지지 않으면서 효율적 자가 치유가 가능한 탄성 고분자 소재의 개발 모식도.(KAIST 제공)/뉴스1

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 쭉쭉 늘어나는 웨어러블 디바이스 핵심기술을 개발했다.

연구진은 새로운 자가치유 탄성 고분자 소재 설계전략으로 기존에 모두 충족시키기 어려웠던 신축성과 강성, 자가 치유 효율을 모두 향상하는 데 성공했다.

이 기술은 신축성 전자 디바이스의 내구성을 크게 개선할 것으로 기대된다.

한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 강지형 교수 연구팀이 탄성 고분자 소재의 기계적 물성과 자가 치유 효율성을 동시에 높이는 새로운 고분자 설계법을 개발했다고 28일 밝혔다.

자가 치유 고분자는 고분자 사슬의 움직임이 많고 에너지 분산에 효율적인 결합이 사용될 경우에 자가 치유 특성을 가지게 된다.

하지만 이러한 성질은 고분자 소재를 기계적으로 약하게 만들게 돼 강하고 스스로 치유되는 특성을 동시에 갖는 재료의 개발에는 어려움이 있었다.

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

또 이를 바탕으로 각기 다른 기능을 가지는 두 음이온을 의도적으로 섞어 기존 소재 대비 강성이 세 배 이상 향상하는 동시에 자가치유 효율성도 동반 향상하는 결과를 얻어냈다.

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

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

연구팀은 다른 성질을 나타내는 다섯 가지 음이온을 선별해 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 규명했다.

강지형 KAIST 교수

강지형 교수는 “이번 연구는 양날의 검과 같은 관계를 갖는 탄성 고분자 소재의 기계적 성질과 자가치유 효율성을 동시에 높이는 새로운 전략을 개발했다는 데 큰 의의가 있다"며 "잘 찢어지지 않는 자가치유 연성 고분자의 설계 및 합성에 새로운 방향성을 제시해 차세대 소재 개발에 크게 기여할 것”이라고 말했다.

KAIST 신소재공학과 박현창 박사가 제1 저자로 참여한 이번 연구는 한국연구재단의 나노소재기술개발사업 미래기술연구실 전략형, ERC 웨어러블 플랫폼 소재기술 센터의 지원을 받아 수행됐다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’에 지난 19일 게재됐다.

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