쭉쭉 늘어나고 손상돼도 스스로 복원되는 `자가 치유 탄성 고분자 소재` 설계

KAIST, 기계적 물성과 자가 치유 효율성 높여
웨어러블 기기 등 차세대 소재 개발에 기여

KAIST는 탄성 고분자 소재의 기계적 물성과 자가 치유 효율성을 동시에 높이는 새로운 고분자 설계법을 제시했다.

잘 찢어지지 않고, 손상되더라도 스스로 치유하는 성질을 지닌 탄성 고분자 소재가 개발됐다. 웨어러블 기기나 소프트로봇 등 차세대 전자기기의 차세대 소재로 쓰일 전망이다.

KAIST는 강지형 신소재공학과 교수 연구팀은 탄성 고분자 소재의 기계적 물성과 자가 치유 효율성을 동시에 높이는 새로운 고분자 설계법을 개발했다고 28일 밝혔다.

웨어러블 소자 등은 오랜 시간 손상되지 않고 구동하려면 단단하고 잘 늘어나면서도 스스로 치유되는 자가 치유 탄성 고분자 소재 개발이 필요하다. 자가 치유 고분자 소재는 고분자 사슬의 움직임이 많고, 에너지 분산에 효율적인 결합이 사용될 경우 자가 치유 특성을 지닌다.

하지만, 이런 성질은 고분자 소재를 기계적으로 약하게 만들어 강하면서도 스스로 치유되는 특성을 동시에 가지는 재료 개발에 어려움이 있었다.

연구팀은 각기 다른 기능을 가진 두 음이온을 의도적으로 섞어 기존 소재에 비해 강성이 세 배 이상 향상되는 동시에 자가 치유 효율성도 높아지는 자기 치유 고분자 소재를 개발했다. 그동안 탄성률, 연신률, 자가 치유 효율성 모두를 향상시키는 고분자 설계법은 세 가지 성질 사이에 상충 관계로 인해 완전한 자가 치유 고분자 소재를 제작하는 데 제한적이었다.

연구팀은 금속 이온과 유리 리간드를 포함한 고분자 사이의 결합에 음이온이 미치는 영향을 다양한 분석법을 통해 심도있게 분석해 포괄적으로 적용할 수 있는 설계법을 개발할 수 있었다고 설명했다.

강지형 KAIST 교수는 "양날의 검과 같은 관계를 갖는 탄성 고분자 소재의 기계적 성질과 자가 치유 효율성을 동시에 높이는 새로운 전략을 개발했다는 데 의미가 있다"며 "앞으로 잘 찢어지지 않는 자가 치유 연성 고분자 설계와 합성에 새로운 방향성을 제시해 차세대 소재 개발에 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.

이 연구결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스(지난 19일자)'에 실렸다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr