UNIST 김지윤·권민상 서울대 교수팀, 내부 자석화 형태 교체 가능
새로운 자화 형태 입력해도 소재 성능 유지

국내 연구팀이 자석 형태를 쉽게 지우고 다시 쓸 수 있는 기술을 개발, 종이처럼 접고 펴는 스마트 소재 활용이 가능할 전망이다.<사진= UNIST>
국내 연구팀이 자석 형태를 쉽게 지우고 다시 쓸 수 있는 기술을 개발, 종이처럼 접고 펴는 스마트 소재 활용이 가능할 전망이다.<사진= UNIST>
국내 연구팀이 자석 형태를 쉽게 지우고 다시 쓸 수 있는 기술을 개발, 종이처럼 접고 펼 수 있는 스마트 소재 활용이 가능해질 것으로 기대된다.

UNIST(총장 이용훈)는 김지윤 신소재공학부 교수팀과 권민상 서울대 재료공학부 교수팀이 공동으로 소재 내부의 자석화 형태를 바꿀 수 있는 자성 스마트 소재를 개발했다고 3일 밝혔다.

자성 스마트 소재는 내부에 미리 입력된 자석 형태와 외부 자기장간 상호 작용을 통해 움직인다. 자석에 다른 자석(자기장)을 갖다 대면 발생하는 인력이나 척력을 이용하는 것이다.

자화 형태는 자석 힘의 세기와 N-S극 방향을 결정하는 설계도. 자화 형태에 따라 스마트 소재가 특정한 방향으로 굽혀지거나 접힌다. 그러나 자화 형태는 소재 제작과정에서 한번 고정되면 바꾸기 쉽지 않다. 움직임을 원격으로 제어할 수 있고 외부 자극에 빠르게 반응하는 강점에도 자성 스마트 소재로 널리 쓰이지 못하는 이유다.

연구팀은 온도에 따라 상태가 바뀌는 물질을 이용해 문제를 해결했다. '자석입자(자성물질)'와 '상변화 물질(PEG, 폴리에틸렌 글리콜)'이 혼합된 마이크로미터 크기의 알갱이(자성 미소구체)를 제작했다. 이를 고분자 기질 내에 박아 계층적 구조를 갖는 복합소재를 만들었다.

개발된 복합 소재는 비교적 낮은 용융 온도(58℃)에서 자성 특성이 변한다. 복합소재내 상변화 물질에 열을 가해 용융점 이상 온도에 이르면 고체에서 액체로 상변이를 일으킨다. 이처럼 액체가 된 상변화 물질 덕분에 자성 입자는 자성 미소 구체 내에서 물리적으로 쉽게 움직일 수 있다. 반대로 용융 온도 이하로 냉각시키면 자성 입자의 움직임이 불가능해 프로그래밍 된 자화 패턴이 고정된다.

연구팀은 개발한 복합소재로 '셀프 종이 접기'가 가능한 자성 소프트 액추에이터까지 만들었다. 연구팀에 의하면 개발된 액추에이터는 액체와 고체 상태를 오가는 가역반응으로 새로운 자화 형태를 입력해도 소재의 성능이 유지되는 것으로 확인됐다.

김지윤 교수는 "이번 연구는 자성 입자나 고분자 기질의 고유 특성을 바꾸지 않으면서도 쉽게 자화 형태 재설계가 가능한 소재를 개발했다는데 의의가 크다"면서 "유연성도 갖추고 있어 의공학, 유연 전기소자, 소프트 로봇 등 가변 구조형 스마트 소재가 필요한 다양한 분야에서 핵심적인 역할을 할 것"이라고 기대했다.

이번 연구는 나노분야 국제 학술지인 '나노 레터스'에 지난달 8일 게재됐다. 연구는 한국연구재단과 한국산업기술평가관리원의 지원을 받았다.

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