나노기술 및 정책 정보

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● 미국 NIST (National Institute of Standards and Technology)와 Columbia University 공동연구팀이 솜털(fuzzy) 형태의 나노입자를 활용하여 방탄용으로 사용되는 플라스틱(고분자) 소재의 인성을 향상시키는 기술을 개발

● 플라스틱을 강화하는 여러 가지 방법 중 플라스틱과 고체 입자를 혼합하는 방법의 경우 플라스틱과 고체 입자가 물과 기름처럼 잘 섞이지 않는 문제점이 존재

● 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위하여 플라스틱과 고체 입자를 화학적으로 결합시키는 방법을 고안

● 연구팀은 구형의 실리카 나노입자 표면에서 폴리메타클릴레이트(polymethacrylate, PMA) 사슬을 성장시켜 각 사슬의 한쪽 끝이 실리카 나노입자에 고정되도록 함으로써 고분자 사슬이 나노입자 표면에 화학적으로 결합된 PGN (Polymer-Grafted nanoparticles) 필름을 개발

● 연구팀은 고속충돌시험인 레이저 발사 충격 테스트(LIPIT, Laser-Induced Projectile Impact Testing) 중 촬영한 이미지를 이용하여 발사체의 속도를 결정하고 이를 기반으로 PGN 필름을 찢는데 필요한 에너지와 시간을 계산한 결과, PGN 복합 필름이 PMA 단독 필름보다 더 단단하다는 것을 발견

● 이는 나노입자에 부착된 PMA 사슬이 충격을 받으면, 빠르게 움직여 수 피코초(pm, 1.0×10-7) 만에 이완된 상태로 복귀되어 에너지를 신속하게 분산시키기 때문임.

본 연구를 통해 개발된 PGN 기반 플라스틱 소재 인성 향상 방법은 PMA 외 다른 내충격 플라스틱 개발에도 널리 활용될 것으로 기대

※ Soft Matter 게재(2021.12.13.), “Controlling Toughness of Polymer-grafted Nanoparticle Composites for Impact Mitigation”