피부처럼 손상 정도 파악이 가능하고 높은 온도에서 스스로 회복하는 코팅 소재를 국내 연구진이 개발했다.
자동차, 해양, 방호, 목재, 철도, 포장, 항공 우주 사업 등 기존 산업용 코팅제 적용 분야 전반에서 활용이 가능해 산업용 폐기물을 줄이는 데 기여할 전망이다.
5일 한국과학기술연구원(KIST)에 따르면 소프트융합소재연구센터 김태안 박사팀이 개발한 코팅 소재는 손상 부위에 색 변화가 나타나 즉각적인 진단이 가능하면서 높은 온도에서 스스로 회복하는 것이 특징이다.
기존에 연구가 이뤄지고 있는 손상 감지 또는 자가 회복이 가능한 코팅 소재는 기능성 물질을 포함하고 있는 매우 작은 캡슐을 혼합하는 방식으로 한번 깨진 캡슐은 다시 사용할 수 없고 반복적인 손상 감지와 자가 회복이 어렵다.
연구진은 외부 자극으로 화학적 결합이 끊어지더라도 원래의 형태로 돌아올 수 있는 화학적 구조를 지닌 분자를 이용해 손상 진단과 자가 회복 기능을 여러 번 반복해 구현할 수 있게 했다.
외부에서 힘이 가해질 때 특정 화학적 결합이 끊어지면서 색을 나타내는 기능을 가진 응력 시각화 분자와 온도에 의해 결합이 분리됐다 재형성 될 수 있는 분자가 도입된 고분자 소재를 합성했다. 응력 시각화 분자에 힘을 가하면 특정 결합이 끊어지며 색을 나타낼 수 있는 형태로 바뀐다고 연구진은 설명했다.
합성된 코팅 소재는 손상된 부위가 보라색이 됐다가 100도 이상의 온도를 가하면 가공할 수 있는 형태로 바뀌면서 물리적으로 치유돼 무색이 되는 특성을 보였다.
연구진은 분자 단위의 컴퓨터 시뮬레이션으로 기계적 힘을 가해 원하는 특정 화학적 결합만이 선택적으로 끊어져 색이 나타나는 구조로 바뀔 수 있음을 예측하고 실제 코팅제를 합성해 그 기능이 구현되는 것을 확인했다.
이 다기능성 코팅 소재는 자동차, 해양, 방호, 목재, 철도, 포장, 항공 우주 사업 등 기존 산업용 코팅제 적용 분야 전반에서 광범위하게 활용되며 산업용 폐기물을 절감하는 데 이바지할 수 있다고 연구진은 전망했다. 또한 외부의 에너지원 없이 피부와 유사한 기능을 수행할 수 있어 휴머노이드와 같은 로봇의 인공피부로도 활용을 기대했다.
KIST 김태안 박사는 "캡슐과 같은 외부 인자의 도움 없이 소재 스스로 손상 감지와 자가 회복 기술을 동시에 구현하는 방안을 제시한 연구"라며 "다만 반복적인 자가 치유가 가능하다고 해도 영구히 사용할 수 있는 것은 아니므로 수명 한계에 다다른 소재를 환경에 해가 없는 물질로 분해하거나 재자원화할 수 있는 형태로 변환하는 추가 연구를 진행하고 있다"고 말했다.