UNIST·서울대, 접을 수 있는 '자성 스마트 소재' 개발

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김지윤 UNIST 교수(왼쪽)와 송현서 연구원.
<김지윤 UNIST 교수(왼쪽)와 송현서 연구원.>

온도 변화를 이용해 모양을 자유롭게 조절할 수 있는 자성 스마트소재가 개발됐다. 자기장에 반응해 형태가 바뀌는 자성 소재를 다양한 분야에 응용할 수 있다. 울산과학기술원(UNIST·총장 이용훈)은 김지윤 신소재공학부 교수팀이 권민상 서울대 재료공학부 교수팀과 공동으로 자화 형태를 조절할 수 있는 자성 스마트소재를 개발했다고 3일 밝혔다.

자화 형태는 자성 소재의 움직이는 성질을 결정하는 요인이다. 소재 제조과정에서 내부에 만들어지는데 한 번 결정되면 바꾸기가 쉽지 않다.

개발한 자성 스마트 소재를 이용해 만든 소프트 오리가미(종이접기) 액츄에이터.
<개발한 자성 스마트 소재를 이용해 만든 소프트 오리가미(종이접기) 액츄에이터.>

연구팀은 낮은 온도에서 녹는 물질을 소재 제조과정에 접목해 자화 형태를 쉽게 조절하는 방식으로 이러한 한계를 극복했다. 자성 스마트소재는 자석입자(자성물질)와 상변화 물질(폴리에틸렌 글리콜, PEG)을 혼합한 마이크로미터(㎛) 크기의 알갱이(자성 미소 구체)를 고분자 기질에 섞은 구조다. 고체에서 액체로 변하는 상변화 물질 PEG를 이용하면 자화 형태를 여러 번 반복해서 바꾸는 것이 가능하다. 얼음 속 구슬은 단단하게 고정돼 있지만 물 속에선 자유롭게 움직이는 원리다.

액체 상태의 상변화 물질 속에서 자석 입자는 외부 자기장에 따라 자화 형태를 바꿀 수 있다. 반면 온도가 상온으로 내려가면 고체가 된 상변화 물질은 자석 입자를 고정시켜 자화 형태도 고정된다. 연구팀은 이 개발 소재를 이용, 복잡한 3차원 형태를 다양하게 구현한 자성 소프트 액추에이터도 만들었다.

김지윤 교수는 “기존 연구와 달리 자성 입자나 고분자 기질의 고유 특성을 바꾸지 않고도 쉽게 자화 형태를 재설계할 수 있는 소재”라면서 “개발 소재는 유연성도 갖춰 의공학, 유연 전기소자, 소프트 로봇 등 가변 구조형 스마트 소재가 필요한 분야에서 핵심적인 역할을 할 것”이라고 말했다.

울산=임동식기자 dslim@etnews.com