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국내 연구진이 스스로 손상을 회복할 수 있는 스마트폰 액정 소재를 개발했다.
한국과학기술연구원(KIST)은 정용채 구조용복합소재연구센터 센터장 연구팀이 한학수 연세대학교 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 소재에서 발생한 균열이나 손상된 기능을 스스로 복원할 수 있는 자가 치유 투명 전자소재를 개발했다고 19일 밝혔다.
투명 폴리이미드(CPI)는 뛰어난 기계적, 전기적, 화학적 물성을 갖고 있다. 유리처럼 투명하고 강도가 세면서도 수십만 번 접어도 흠집이 나지 않아 폴더블, 플렉서블 디스플레이 등의 모바일 제품에도 이미 상용화되어 활용되고 있으며 항공우주, 태양전지 등 산업 전반에서 활용되고 있는 소재다.
이처럼 다양한 산업군에 폭 넓게 사용되는 소재이기 때문에 노출되는 다양한 환경에서 발생할 수 있는 균열과 지속적인 전자파에 의한 파괴 등을 해결해 내구성을 확보하려는 노력이 끊이지 않고 있다. 일부 연구진에서는 첨가제를 넣거나 표면에 단단한 보호층을 코팅해 해결하고자 했으나 근원적인 소재의 손상을 막을 수는 없었다.
KIST-연세대 공동연구팀은 투명 폴리이미드의 장점은 유지하면서도 균열이나 손상된 기능을 어떠한 환경에서도 쉽고 빠르게 능동적으로 복원할 수 있도록 식물의 일종인 아마 씨에서 추출한 아마인유(Linseed oil)를 활용해 자가 치유 투명 폴리이미드를 개발했다. 아마인유는 상온(25℃)에서 쉽게 경화되는 특성이 있어 그림을 보존하기 위한 코팅 물질로도 많이 사용되고 있다.
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KIST 연구진은 아마인유를 담은 마이크로캡슐을 제조한 후 제조한 마이크로 캡슐을 실리콘과 섞어 투명 폴리이미드 위에 코팅해 보호층을 만들었다. 연구진이 개발한 소재는 손상이 생기면 마이크로 캡슐이 터져 아마인유가 흘러나와 손상된 부분으로 이동한 뒤 경화되어 스스로 복원될 수 있게 됐다. 이러한 자가 치유 기능은 국소적인 손상에서 국부적인 손상범위까지 복원할 수 있다는 장점이 있다.
지금까지 알려진 다른 자가 복원 기능은 부드러운 소재에서만 구현할 수 있었으며 거기에 뜨거운 열을 가해야 복원될 수 있었다. 이와 달리 공동 연구진이 개발한 소재는 단단한 소재임에도 자가 치유 기능을 갖고 있다. 또한 고온의 열을 가하지 않아도 상온에서도 스스로 복원되며 습도, 자외선에도 반응해 치유 속도가 더 빨라지는 장점을 갖고 있어 최대 20분 이내에 손상의 95% 이상이 복원됐다.
정용채 센터장은 “손상된 고분자 소재의 물성과 수명을 근원적으로 해결할 수 있는 자가복원 투명 폴리이미드를 제조했고, 유연디스플레이 및 전자재료 디바이스 등 그 소재의 응용범위를 제시했다는 데 의의가 있다”며 “향후 보다 향상된 물성확보를 위해서 추가적인 구조를 검토하고 응용범위를 확대할 예정이다”고 말했다.
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부(과기부) 지원으로 KIST 주요사업으로 수행됐으며 연구결과는 재료과학 및 복합소재 분야 국제저널인 ‘Composite Part B: Engineering’(JCR 분야 상위 1.67%) 최신 호에 게재됐다.
[허경진 기자 / 행동이 빠른 신문 ⓒ스카이데일리]
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