전북대, 소프트 로봇 적용 가능 형상 기억 고분자 섬유 개발

외부 자극에 형태 변형된 후 원래 형상으로 회복

박성준 교수 ⓒ전북대

미래형 소프트 로봇이나 전자의류, 그리고 유연 전자기기 등에 사용될 수 있는 형상 기억 고분자 섬유를 전북대학교 박성준 교수팀(공대 고분자나노공학과)이 개발해 세계 학계의 주목을 받고 있다.

'형상 기억 고분자'란 온도 변화와 빛, 그리고 자기장 등과 같은 외부 자극에 의해 임의의 형태로 변형되고, 그 변형된 상태에서 원래의 형상으로 회복이 가능한 고분자 소재다.

6일 전북대에 따르면 박 교수팀은 800% 이상 신축이 가능한 탄성 고분자 중공 섬유(hollow polymeric fiber)를 제작하고, 상온에서 액체 상태를 유지하는 액체 금속 갈륨을 중공 섬유에 주입해 초신축성과 탄성 및 전도성을 동시에 가지는 고분자 섬유를 제작했다.

또한 액체 금속은 고체로 상 변이가 가능하고, 액체 금속의 낮은 녹는점 (29.8°C)으로 인해 비교적 낮은 온도에서 다시 액체로 상 변이가 가능하다.

주입된 금속의 상 변이는 매우 넓은 영역의 기계적 변형 물성을 탄성 고분자 섬유에 부여하며, 이를 통해 고분자 섬유의 형상 기억 성능을 가능하게 한다.

개발된 형상 기억 고분자 섬유는 액체 금속 주입으로 인해 금속과 같은 전도성을 가지며, 가혹한 변형 조건(800% 이상 신축)에서도 전도성이 유지된다.

또한 기존의 형상 기억 고분자의 변형 메커니즘과는 다른, 줄 발열(Joule heating, 도체를 통과하는 전류에 의해 열이 발생) 및 유도 가열(Induction heating, 전자기 유도를 이용해 금속물체를 가열시키는 방법)에 의해서도 형상 회복이 가능하다.

이번 연구는 한국연구재단 기본연구사업의 지원을 받아 수행됐으며, 전북대 박성준 교수와 미국 노스캐롤라이나 주립대학교 마이클 디키 교수와의 공동연구로 진행됐다.

이 연구 결과는 소재 및 나노 기술 분야 세계적 학술지인 'Advanced Science'(IF=15.804)에 게재됐다.

박성준 교수는 "이번 연구는 제작이 아주 용이하면서도 다양한 고분자 소재에 응용 가능하고, 고분자 소재가 보유한 넓은 범위의 탄성 변형 및 금속 전도성으로 인해 미래형 소프트 로봇의 회로와 전자의류 그리고 유연 및 초신축 전자기기 등 폭넓은 분야에 활용 가능한 원천기술이 될 것"이라고 말했다.