상처부위가 스스로 회복하는 코팅 소재
상처부위가 스스로 회복하는 코팅 소재
  • 함예솔
  • 승인 2022.08.07 23:56
  • 조회수 1048
  • 댓글 0
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자동차, 선박, 건물의 외벽을 포함하여 외부 환경에 노출되어 보호가 필요한 제품은 표면에 코팅제를 도포하여 원소재의 내구성 및 안정성을 증가시켜 사용됩니다. 하지만 현재 사용되고 있는 코팅제는 사람의 피부처럼 손상 정도를 손쉽게 파악할 수 있거나 자발적으로 회복하는 기능을 보유하고 있지 않습니다. 만약 사람의 피부와 유사한 기능을 수행할 수 있는 코팅제가 개발된다면 손상에 대한 즉각적인 대응이 가능하며 자가 치유 기능을 통해 코팅제 및 원소재의 수명을 획기적으로 높일 수 있습니다.

 

최근 한국과학기술연구원 (KIST,) 소프트융합소재연구센터 김태안 박사팀이 손상 부위에 색 변화가 나타나 즉각적인 진단이 가능하면서 높은 온도에서 스스로 회복하는 코팅 소재 개발에 성공했습니다.

 

이번 성과, 무엇이 다른가?

기존에 연구되고 있는 손상 감지 또는 자가 회복이 가능한 코팅 소재는 기능성 물질을 포함하고 있는 매우 작은 캡슐을 혼합하는 방식입니다. 하지만 한번 깨진 캡슐은 다시 사용할 수 없으므로 반복적인 손상 감지와 자가 회복이 어렵습니다. KIST 연구진은 외부 자극으로 화학적 결합이 끊어지더라도 원래의 형태로 돌아올 수 있는 화학적 구조를 지닌 분자를 이용해 손상 진단과 자가 회복 기능을 여러 번 반복하여 구현할 수 있는 소재를 개발했습니다.

 

이번 연구에서는 외부에서 힘이 가해질 때 특정 화학적 결합이 끊어지면서 색을 나타내는 기능을 가진 응력 시각화 분자와, 온도에 의해 결합이 분리되었다 재형성 될 수 있는 분자가 도입된 고분자 소재를 합성했습니다. 응력 시각화 분자에 힘을 가하면 특정 결합이 끊어지며 색을 나타낼 수 있는 형태로 바뀝니다. 합성된 코팅 소재는 손상된 부위가 보라색이 되었다가 100도 이상의 온도를 가하면 가공 가능한 형태로 바뀌면서 물리적으로 치유되어 무색이 되는 특성을 보였습니다. 연구진은 분자 단위의 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 기계적 힘을 가해 원하는 특정 화학적 결합만이 선택적으로 끊어져 색이 나타나는 구조로 바뀔 수 있음을 예측하였고, 이에 실제 코팅제를 합성하여 그 기능이 구현되는 것을 확인했습니다.

다양한 기판에 코팅제로 적용되어 손상 발생 및 자가 회복 기능을 수행. 출처 : KIST
다양한 기판에 코팅제로 적용되어 손상 발생 및 자가 회복 기능을 수행. 출처 : KIST

 

실용화된다면 어떻게 활용될 수 있나?

개발된 다기능성 코팅 소재는 자동차, 해양, 방호, 목재, 철도, 포장, 항공 우주 사업 등 기존 산업용 코팅제의 적용 분야 전반에서 광범위하게 활용되어 산업용 폐기물을 절감하는 데 크게 이바지할 수 있습니다. 또한, 외부의 에너지원 없이 피부와 유사한 기능을 수행할 수 있어 휴머노이드와 같은 로봇의 인공피부로도 활용이 기대되는데요.

 

KIST 김태안 박사는 “캡슐과 같은 외부 인자의 도움 없이도 소재 스스로 손상 감지와 자가 회복 기술을 동시에 구현하는 방안을 제시한 연구”라고 말하며, “다만 반복적인 자가치유가 가능하다고 하더라도 영구히 사용할 수 있는 것은 아니므로, 수명 한계에 다다른 소재를 환경에 해가 없는 물질로 분해하거나 재자원화할 수 있는 형태로 변환하는 추가 연구를 진행 중이다.”라고 밝혔습니다.

 

연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지인 ‘NPG Asia Materials’(IF: 10.761) 최신 호에 게재됐습니다.

논문명 : Mechanochromic and thermally reprocessable thermosets for autonomic damage reporting and self-healing coatings


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