충격 받으면 멍드는 소재 개발.. 인공피부 나올까

차세대 응력 감응형 소재 개발
수리 필요한 부분 색으로 구분 가능
기존 소재 대비 민감도 850% 개선

[아시아경제 황준호 기자] 우리 몸의 피부처럼 둔탁한 힘이나 충격이 가해지면 색이 변하는 소재가 개발됐다. 인공피부나 미래형 웨어러블소재로 활용될 수 있을 것으로 예상된다.

스피로피란의 민감도를 높이다

스피로피란(SP) 분자 센서의 화학적 구조 및 힘에 반응해 메로시아닌으로의 변환을 보여주는 그림

김재우 한국과학기술연구원 전북분원 구조융복합소재연구센터 소속 박사의 연구팀은 차세대응력 감응형 소재의 민감도를 획기적으로 개선했다고 15일 밝혔다.

연구팀은 외부의 힘에 반응하는 분자 수준의 물질인 스피로피란(Spiropyran)의 반응 민감도를 크게 향상시켰다. 이 물질은 물리적 자극에 따라 화학구조가 변하면서 색도 같이 변하는 성질을 가지고 있다. 콘크리트나 실리콘 등의 소재에 주입하면 소재 자체가 힘, 변형, 손상 등에 반응해 색이 변한다. 하지만 이런 소재는 예를 들어 실리콘의 경우 500% 이상의 높은 변형 후에야 색의 변화를 보일만큼 기계적 민감도가 낮았다.

미래형 웨어러블 등에 활용

(a) 용매 함침 시간에 따른 기계적 민감도 (b) 인장, 압축, 및 굽힘 변형 모드에서의 색 발현 향상

연구팀은 소재와 스피로피란을 합성한 이후에 특정 용매에 넣어, 일종의 숙성과정을 진행해 민감도를 높였다. 용매를 통해 흡수시키는 시간을 조절하며 개발한 소재의 색, 형광의 변화를 관찰한 결과 처리 시간이 길수록 민감도가 향상됨을 확인했다. 새로운 공정을 통해 개발한 스피로피란-고분자는 기존 대비 850%의 획기적인 민감도 향상을 보여주었다. 이러한 효과는 인장, 압축, 구부림 등 다양한 변형에서도 성공적으로 나타났다.

김재우 박사는 "이번 연구를 통해 스피로피란 기반 응력 감응형 스마트 고분자 소재의 기계적 민감도를 획기적으로 개선할 수 있는 공정이 개발됐고, 분석을 통해 감도 향상에 대한 메커니즘을 규명했다"고 말했다.

그는 이어 "이를 기반으로 미래형 웨어러블 센서 및 인공 피부로 응용 연구에 매진할 계획"이라고 밝혔다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr