[IT비즈뉴스 최태우 기자] 한국과학기술연구원(KIST) 구조용복합소재연구센터 정용채 센터장 연구팀이 연세대학교 한학수 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 소재에서 발생한 균열이나 손상된 기능을 스스로 복원할 수 있는 자가치유 투명전자소재를 개발했다.

투명 폴리이미드(Colorless Polyimide, CPI)는 높은 기계적, 전기적, 화학적 물성을 갖고 있으며 투명하고 강도도 세 수십만 번 접어도 흠집이 나지 않는 장점이 있다.

이에 폴더블, 플렉서블 디스플레이 등 모바일 제품에도 이미 상용화됐고 항공우주, 태양전지 등 산업 전반에서 활용되고 있는 신소재다. 

다수의 산업군에서 사용되는 소재로 노출되는 다양한 환경에서 발생할 수 있는 균열과 지속적인 전자파에 의한 파괴 등을 해결, 내구성 확보를 위한 기술 개발도 이어지고 있다.

KIST-연세대 공동 연구팀은 투명 폴리이미드의 장점은 유지하면서도 균열이나 손상된 기능을 어떠한 환경에서도 쉽고 빠르게 능동적으로 복원할 수 있도록 식물의 일종인 아마씨에서 추출한 아마인유(Linseed oil)를 활용해 자가치유 투명 폴리이미드를 개발하는 데 성공했다.

아마인유는 상온(25도)에서 쉽게 경화되는 특성으로 그림을 보존하기 위한 코팅물질로도 많이 사용되고 있다.

KIST 연구진은 아마인유를 담은 마이크로캡슐을 제조했다. 이렇게 제조한 마이크로 캡슐을 실리콘과 섞어 투명 폴리이미드 위에 코팅해 보호층을 만들었다. 

연구진이 개발한 소재는 손상이 생기면 마이크로 캡슐이 터져 아마인유가 흘러나와 손상된 부분으로 이동-경화돼 스스로 복원되는 구조다.

이러한 자가치유 기능은 국소적인 손상에서 국부적인 손상범위까지 복원할 수 있다는 장점이 있다는 게 연구진의 설명이다.

그간 알려진 다른 자가 복원 기능은 부드러운 소재에서만 구현할 수 있었고 뜨거운 열을 가해야 복원될 수 있었다. 

이와는 달리 연구진이 이번에 개발한 소재는 단단한 소재임에도 자가치유 기능을 갖고, 상온에서도 스스로 복원되며 습도나 자외선에도 반응해 치유 속도가 더 빨라지는 장점이 있다.

실제로 연구진은 이 소재를 활용, 실험한 결과 최대 20분 이내에 손상의 95% 이상이 복원됐음을 확인했다고 설명했다.

정용채 센터장은 “손상된 고분자 소재의 물성과 수명을 근원적으로 해결할 수 있는 자가복원 투명 폴리이미드를 제조하는 데 성공했다. 유연디스플레이 및 전자재료 디바이스 등 그 소재의 응용범위를 제시했다는 이번 연구의 의의가 있다”며 “향후 향상된 물성확보를 위해서 추가적인 구조를 검토하고 응용범위를 확대할 예정”이라고 밝혔다.

이번 연구결과는 재료과학 및 복합소재 분야 국제저널인 ‘Composite Part B: Engineering’(JCR 분야 상위 1.67%) 최신호에 게재됐다.