[뉴스웍스=문병도 기자] 정용채 한국과학기술연구원(KIST) 구조용복합소재연구센터 센터장 연구팀이 한학수 연세대학교 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 소재에서 발생한 균열이나 손상된 기능을 스스로 복원할 수 있는 자가 치유 투명 전자소재를 개발했다.

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 소재이다.

다양한 산업군에 폭 넓게 사용되는 소재이기 때문에 노출되는 다양한 환경에서 발생할 수 있는 균열과 지속적인 전자파에 의한 파괴 등을 해결하여 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 아마인유를 활용하여 자가 치유 투명 폴리이미드를 개발하였다.

아마인유는 상온(25℃)에서 쉽게 경화되는 특성이 있어 그림을 보존하기 위한 코팅 물질로도 많이 사용되고 있다.

KIST 연구진은 아마인유를 담은 마이크로캡슐을 제조한 후, 제조한 마이크로 캡슐을 실리콘과 섞어 투명 폴리이미드 위에 코팅하여 보호층을 만들었다.

연구진이 개발한 소재는 손상이 생기면 마이크로 캡슐이 터져 아마인유가 흘러나와 손상된 부분으로 이동한 뒤 경화되어 스스로 복원될 수 있게 됐다.

자가치유 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. 이와는 달리 공동 연구진이 개발한 소재는 단단한 소재임에도 자가 치유 기능을 갖고 있으며, 고온의 열을 가하지 않아도 상온에서도 스스로 복원되며 습도, 자외선에도 반응하여 치유 속도가 더 빨라지는 장점을 갖고 있어 최대 20분 이내에 손상의 95% 이상이 복원되었다.

정용채 센터장은 “손상된 고분자 소재의 물성과 수명을 근원적으로 해결할 수 있는 자가복원 투명 폴리이미드를 제조하였고, 유연디스플레이 및 전자재료 디바이스 등 그 소재의 응용범위를 제시했다는 데 의의가 있다”라며 “보다 향상된 물성확보를 위해서 추가적인 구조를 검토하고 응용범위를 확대할 예정이다”라고 말했다. 

과학기술정보통신부 지원으로 KIST 주요사업으로 수행된 이번 연구결과는 재료과학 및 복합소재 분야 국제저널인 ‘컴포지트 파트 B: 엔지니어링’ 최신 호에 게재됐다.