근적외선에 형상 복원되는 복합소재 개발

보론도핑된 형상기억폴리우레탄 복합소재에 근적외선을 조사하면 온도가 상승한다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 정용채 구조용복합소재연구센터장 연구팀과 광주과학기술원(GIST, 총장 김기선) 이재석 교수 연구팀은 공동연구를 통해 근적외선을 비추기만 해도 10초 이내에 300℃까지 온도가 올라가 스스로 형상이 복원될 수 있는 형상기억 복합소재를 개발했다고 지난달 15일 밝혔다.
형상기억특성은 열이나 외부적인 자극을 받았을 때, 기억된 형상으로 변형되는 특성이다. 특정 온도에 도달하면 형상이 변형되는데 그동안은 외부에서 열을 가하는 데 많은 어려움이 있었다. KIST 연구진이 간단하게 근적외선을 비추기만 해도 형상기억소재 스스로 열을 내어 변형될 수 있는 소재를 개발하여 주목을 받고 있다.
KIST 연구진이 개발한 형상기억 복합소재는 근적외선을 활용하면 광열효과가 발현하여 작동하게 된다. 이때 효과적인 광열효과를 위해서는 빛의 흡수 효율은 증가시키면서 에너지 손실은 감소시키는 나노 충전물을 선택해야 한다. 또한, 고분자 매트릭스와의 경계면의 특성을 함께 고려하여 조절해야 한다. 연구진은 이를 고려하여 형상기억특성을 갖는 폴리우레탄 소재에 근적외선을 활용한 광열효과를 적용했다. 탄소나노튜브에 이종원소(Boron, 붕소)를 함유시키고, 형상기억특성을 갖는 폴리우레탄을 합성하고 복합화 하였다. 그 결과 근적외선으로 원격제어가 가능한 자가발열 형상기억 복합소재를 개발했다.
연구진이 개발한 소재는 성형방법에 따라서 전자기기나 제품 등에 발열 코팅재, 자동차나 비행기의 날개 또는 차체 등으로 활용될 전망이다. 또한, 발열 기능을 활용하면 극지방이나 추운 날씨의 지역에서 제설 혹은 제빙소재로도 활용될 수 있다.
KIST 정용채 센터장은 “기존 탄소나노튜브 기반의 복합소재 대비 소재의 물성과 응용범위가 확대된 복합소재를 제조했고, 그 소재의 응용범위를 제시했다는 데 의의가 있다”며 “보다 안정적인 물성확보를 위해서 향후 구조를 자세히 검토해야 한다”고 밝혔다.
연구 결과는 재료과학 및 복합소재 분야‘Composite Part B: Engineering’ 최신호에 게재됐다.