화학연, '세계 최고 강도' 자가치유 신소재 개발...폴더블 폰 손상 극복 기대

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한국화학연구원(원장 이미혜)은 부경대와 함께 절단시 스스로 회복하는 자가치유 기능을 가지면서 신발 밑창만큼 질긴 소재를 개발했다고 10일 밝혔다. 이 소재는 지금까지 개발된 자가치유 소재 중 가장 강도가 높다.

자가치유 소재는 당길 때 작용하는 인장강도가 약하다는 단점이 있었다. 분자 간 결합이 느슨하고 분자들이 자유롭게 이동해야 자가치유가 잘 이뤄지기 때문이다. 하지만 자가치유 소재가 상품화되려면 외부 마찰이나 압력을 견딜 수 있어야 한다.

오동엽·박제영·황성연 연구팀은 이러한 모순을 해소했다. 외부 마찰이나 충격을 받으면 물질 분자 결합이 견고해지면서 스스로를 보호하고, 충격 후에는 부드러운 상태로 돌아가 손상을 회복하게 했다.

개발 소재의 실험 모습. 절단 후 이어붙여도 기존 대비 400% 이상 늘어나고, 10kg 하중도 견딘다.
<개발 소재의 실험 모습. 절단 후 이어붙여도 기존 대비 400% 이상 늘어나고, 10kg 하중도 견딘다.>

기존 상업화 소재인 열가소성 폴리우레탄 기본 골격에, 외부 충격을 받으면 수소결합 형성해 단단해지고 충격이 없을 때에는 수소결합을 하지 않아 말랑해지는 특수 카보네이트 화합물을 도입한 결과다.

개발 소재는 인장강도가 43메가파스칼(MPa) 이상이었다. 신발 밑창으로 쓰이는 폴리우레탄 소재와 유사한 수준으로, 연구팀이 2018년 개발한 소재보다 강도가 6배나 높다. 지금까지 인장강도 최고기록은 일본 동경대나 이화학연구소(RIKEN)가 달성한 20∼30MPa 정도다. 외부 압력 세기에 따라 물질이 단단해지는 정도가 달라지는 것도 특징이다. 외부 압력 정도에 따라 고체와 젤리 상태를 오가며 충격의 흡수를 조절하고 스스로 손상도 회복한다.

엄영호 부경대 고분자공학과 교수팀은 화학연이 개발한 자가치유 소재 물리적 특성을 분석하는 역할을 했다.

오동엽 연구원은 “차세대 첨단기기인 롤러블·폴더블 스마트폰은 여러 번 펼치고 접는 과정에서 화면이나 본체가 점차 하얗게 변하면서 약해진다”며 “개발 소재를 적용할 시 롤러블·폴더블 디스플레이의 손상을 끊임없이 회복해 이런 문제를 극복할 것”이라고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com