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충격을 받으면 사람의 피부처럼 푸르스름하게 멍드는 소재가 개발됐음. 조금만 당기거나 구부려도 흔적이 색으로 선명하게 남는 소재로 인공 피부를 만드는 용도부터 항공기 표면이나 건물 표면 등 안전 검사가 필요한 부위에 활용될 것으로 기대됨.

김재우 한국과학기술연구원(KIST) 전북분원 구조용복합소재연구센터 선임연구원 연구팀은 바깥의 힘을 받으면 색이 변하는 ‘스피로리란’ 소재가 반응하는 정도를 용매에 담구기만 하는 쉬운 공정만으로 8.5배 늘리는 기술을 개발했다고 이달 15일 밝혔음.

스피로리란은 외부 힘에 반응해 화학적 구조가 바뀌며 색도 변하는 성질을 가진 소재임. 이 물질을 콘크리트나 실리콘 등에 주입하면 힘을 받거나 손상을 입을 때 색이 변하는 스마트 소재로 탈바꿈시킬 수 있음. 하지만 다른 소재에 스피로리란을 넣으면 색 변화가 잘 일어나지 않는 단점이 있었음. 실리콘을 예로 들면 10cm 길이의 실리콘을 50cm 이상 늘어나도록 당겨야만 색이 변하는 등 실제 적용에 어려움이 있었음.

이를 해결하기 위해 스피로리란의 분자구조를 소재에 맞춰 바꾸는 방식 등이 쓰여왔지만 개선에 한계가 있었음. 연구팀은 스피로리란을 합성한 후 무극성 자일렌 용매에 넣어 숙성하는 과정을 거치면 감도가 높아지는 것을 발견했음. 용매에 오래 담궈 놓을수록 스피로리란 분자가 외부 힘에 반응하는 정도가 늘어나는 것으로 나타났음.

이렇게 제조된 새로운 스피로리란은 기존 스피로리란보다 반응하는 정도가 8.5배 높아진 것으로 나타났음. 소재를 잡아당기면 눈으로 바로 색이 변하는 것을 볼 수 있는 정도임. 김 선임연구원은 “색이 변하는 정도는 5배 정도 높아지고 반응 속도도 빨라졌다”고 말했음. 기존에는 주로 당기는 힘을 줄 때만 색이 변했지만 이번에 개발된 소재는 당기거나 누르고 구부리는 다양한 변형에서도 색이 변했음.

김 선임연구원은 “스피로피란 기반 응력 감응형 스마트 고분자 소재의 기계적 민감도를 획기적으로 개선할 수 있는 공정을 개발했고 분석을 통해 감도 향상에 대한 메커니즘을 규명하였다”며 “이를 기반으로 미래형 웨어러블 센서 및 인공 피부로 응용 연구에 매진할 계획”이라고 말했음.

본 연구 성과는 ‘Macromolecules’ 지에 게재됨.