서울대, 잘 찢어지지 않는 자가치유 소재 개발…친환경 전자기기 가능

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 높은 기계적 강도와 자가치유 능력을 갖춘 연성 전자기기 소재를 개발했다. 이로써 첨단소재 산업의 경쟁력 강화와 지속가능한 친환경 전자기기 발전기반을 다졌다.

한국연구재단(NRF)은 서울대 화학부 강지형 교수 연구팀이 높은 파단(재료가 파괴되거나 잘록해져 둘 이상의 부분으로 떨어져 나가는 일) 강도와 인성(재료의 질긴 정도)을 동시에 구현한 자가치유 고분자센서 소재의 설계 및 제작에 성공했다고 4일 밝혔다.

기존의 이온기반 자가치유 센서 소재는 유연성은 우수하지만 이온이 고분자 간 결합을 방해해 기계적 강도와 인성이 저하됨에 따라 반복적인 변형이나 외부 자극에 쉽게 손상되는 한계가 있다.

이에 연구팀은 폴리카프로락톤(PCL) 주사슬에 방향족 이황화 결합과 2-유레도-4-피리미돈(UPy)작용기를 도입해 이온성 환경에서도 높은 기계적 강도와 자가치유 능력을 동시에 갖춘 신축성 자가치유 고분자 소재와 센서 소재를 개발했다.

이 자가치유 소재는 성능평가 및 기계적 시험결과 신장율 850%, 파단강도 30 MPa, 인성 87.3 MJ/m 등 기존 자가치유소재 대비 뛰어난 기계적 물성을 보였다.

연구팀은 새로운 자가치유 소재를 활용해 자가치유 센서와 자가치유 그리퍼를 제작해 반복적인 외부 자극과 손상에도 원래 성능을 유지하는지 평가했는데, 손상 후 자가치유된 센서와 그리퍼가 초기 성능을 90% 이상 회복해 전자피부 등 유연기기로의 응용 가능성을 입증했다.

강지형 교수는 “이번 연구를 통해 차세대 연성 전자기기가 다양한 환경에서 장기적인 안정성을 유지할 수 있는 기술적 기반을 마련했다”며 “후속연구를 통해 제조공정 최적화 및 다양한 온습도 조건에서도 높은 기계적 물성과 자가치유 능력을 유지할 수 있는 재료를 개발해 실용적 응용 가능성을 더욱 확대하겠다”고 말했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 나노·소재기술개발사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 지난 11월11일 게재됐다.

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