KAIST, 신축성 좋고 자기치유 기능 높인 핵심기술 확보

강지형 교수팀, 새로운 자가치유 탄성 고분자 소재 설계전략 제시
신축성과 강성, 자가치유 효율 모두 향상
효율 높일 배위 결합 음이온 조합 찾아, 국제학술지 게재

[대전=뉴시스] 탄성 고분자 소재 개발 연구도. KAIST 제공 *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = KAIST는 신소재공학과 강지형 교수팀이 탄성 고분자 소재의 기계적 물성과 자가치유 효율성을 높인 새로운 고분자 설계법을 개발했다고 28일 밝혔다.

자가치유 특성을 갖게 되면 고분자 소재는 기계적으로 약해진다. 강하며 스스로 치유되는 특성을 동시에 갖는 재료 개발이 필요하다.

KAIST 강지형 교수팀은 금속이온과 유기 리간드를 포함한 고분자 사이의 결합에 음이온이 미치는 영향을 분석, 고분자 소재가 외부 힘에 얼마나 견디는지에 대한 응력 완화 메커니즘을 규명했다.

이를 바탕으로 각기 다른 기능을 갖는 두 음이온을 의도적으로 섞어 기존 소재대비 강성이 3배 이상 높고 동시에 자가 치유 효율성도 향상시킬 수 있는 설계방식을 확보했다.

연구팀은 다른 성질을 나타내는 다섯 가지 음이온을 선별해 배위에 참여하는 음이온, 배위에 참여하지 않는 음이온, 둘 이상의 배위 방식을 가지는 음이온 등 3개 카테고리로 분류한 뒤 이들이 거시적 고분자 물성에 미치는 영향을 분석했다.

단백질에서 많이 볼 수 있는 배위 결합을 기반으로 한 자가 치유 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 다중 배위 방식을 갖는 음이온과 배위에 참여하지 않는 음이온을 혼합했을 때 두 음이온이 갖는 시너지로 인해 단독 음이온 시스템에 비해 더 높은 탄성률, 높은 연신율, 높은 자가 치유 효율성이 나타나는 것을 규명했다.

KAIST 신소재공학과 박현창 박사가 제1저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스'에 지난 19일 게재됐다. 논문명 Toughening self-healing elastomer crosslinked by metal–ligand coordination through mixed counter anion dynamics

강지형 교수는 "이번 연구는 양날의 검과 같은 관계를 갖는 탄성 고분자 소재의 기계적 성질과 자가치유 효율성을 동시에 높이는 새로운 전략"이라며 "잘 찢어지지 않는 자가치유 연성 고분자의 설계 및 합성에 새로운 방향성을 제시, 차세대 소재 개발에 크게 기여할 것으로 기대한다"고 전했다.

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