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소프트 로봇·전자의류 등에 사용될 '형상기억 고분자섬유' 개발
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소프트 로봇·전자의류 등에 사용될 '형상기억 고분자섬유' 개발
  • 박주현 기자
  • 승인 2019.09.06 14:25
  • 댓글 0
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전기 전도도를 가진 초 신축성 탄성 모양 메모리 섬유
소재 및 나노 기술 분야 세계적 학술지 'Advanced Science' 게제

미래의 옷이나 섬유는 어떤 모습일까?

미래형 소프트 로봇이나 전자의류, 유연 전자기기 등에 사용될 수 있는 형상기억 고분자섬유를 전북대학교 박성준 교수팀이 개발해 학계에서 화제가 되고있다고 한다. 

'형상 기억 고분자'란 온도 변화와 빛, 그리고 자기장 등과 같은 외부 자극에 의해 임의의 형태로 변형되고, 그 변형된 상태에서 원래의 형상으로 회복이 가능한 고분자 소재를 말한다.

이 논문은 상온에서 안정적이고 일시적인 형태로 프로그램 될 수 있는 금속 코어를 가진 중공 탄성 섬유에 대해 설명한다.
섬유의 코어를 고체 (금속의 계수를 갖는)에서 액체 (물에 가까운 점도를 갖는)로 변화시키는 능력은 형상 기억 효과를 갖는 능력뿐만 아니라 기계적 특성의 극적인 변화를 가능하게한다. 메커니즘이 상이하더라도, 이러한 효과는 중합체 메모리 장치(SMPS) 외부 자극에 응답하여 탄성 에너지를 저장 및 회복하도록 프로그래밍 될 수있는 매혹적인 물질 인도를 참조한다. SMP는 고온에서 변형된 다음 임시 모양을 유지하기 위해 냉각 될 수 있다. 중합체를 다시 승온으로 가열하면 저장된 변형이 원래의 변형된 형태로 다시 이완 될 수 있다.
-어드벤스드사이언스에 게재된 해당 논문 소개글 중.

6일 전북대에 따르면 이번 연구는 한국연구재단 기본연구사업의 지원을 받아 수행됐으며, 전북대 박성준 교수(공대 고분자나노공학과)와 미국 노스캐롤라이나 주립대학교 마이클 디키 교수와의 공동연구로 진행됐다.

전북대학교 박성준 교수(공대 고분자나노공학과)
전북대학교 박성준 교수 [사진 출처=뉴시스]

박 교수팀은 800% 이상 신축이 가능한 탄성 고분자 중공 섬유를 제작하고, 상온에서 액체 상태를 유지하는 액체 금속 갈륨을 중공 섬유에 주입해 초신축성과 탄성 및 전도성을 동시에 가지는 고분자 섬유를 제작했다.

a) 고체 갈륨으로 채워진 중공 탄성 섬유 사진 및 b) 섬유의 갈륨 코어를 보여주는 단면도. c) 뻣뻣한 섬유 (왼쪽)는 200g 질량을 지탱할 수 있다. 체온 (중간)을 사용하여 코어를 국부적으로 녹이면 하중 하에서 섬유가 국부적으로 변형 (오른쪽)된다. 열원 (여기서는 손가락)을 제거하면 코어가 확장 된 상태에서 실온에서 다시 응고 될 수 있다.
a) 고체 갈륨으로 채워진 중공 탄성 섬유 사진 및 b) 섬유의 갈륨 코어를 보여주는 단면도. c) 뻣뻣한 섬유 (왼쪽)는 200g 질량을 지탱할 수 있다. 체온 (중간)을 사용하여 코어를 국부적으로 녹이면 하중 하에서 섬유가 국부적으로 변형 (오른쪽)된다. 열원 (여기서는 손가락)을 제거하면 코어가 확장 된 상태에서 실온에서 다시 응고 될 수 있다.[이미지 출처=어드벤스사이언스]

이번에 개발된 형상 기억 고분자 섬유는 액체 금속 주입으로 인해 금속과 같은 전도성을 가지며, 가혹한 변형 조건(800% 이상 신축)에서도 전도성이 유지된다.

기존의 형상 기억 고분자의 변형 메커니즘과는 다른, 줄 발열(도체를 통과하는 전류에 의해 열이 발생) 및 유도 가열(전자기 유도를 이용해 금속물체를 가열시키는 방법)에 의해서도 형상 회복이 가능하다.

금속 코어를 녹여 섬유를 성형하고 금속을 얼려서 다양한 형상을 가진 전도성 섬유. a) 꼬인 섬유, b) 이중 나선으로 얽힌 한 쌍의 섬유 c) 주름진 섬유, d) 나선형 섬유 및 e) 섬유가 금속 전기 전도성을 갖는 것을 나타내는 전압계. 스케일 바는 1cm이다. [이미지 출처=어드벤스드사이언스]

박성준 교수는 "이번 연구는 제작이 아주 용이하면서도 다양한 고분자 소재에 응용 가능하다"면서 "미래형 소프트 로봇의 회로와 전자의류, 유연 및 초신축 전자기기 등 폭넓은 분야에 활용 가능한 원천기술이 될 것"이라고 말했다.
 
한편 이번 연구 결과는 소재 및 나노 기술 분야 세계적 학술지인 'Advanced Science'(IF=15.804)에 게재됐다.

어드벤스트 사이언스에 게재된 논문 "전기 전도도를 가진 초 신축성 탄성 모양 메모리 섬유"
[이미지 출처=와일리 온라인 라이브러리]

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