나노기술 및 정책 정보

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중국과학기술대학교 위수훙(兪書宏, 유서굉) 원사(院士) 연구팀은 최근 바이오닉스 구조 디자인 개념을 활용하여 "특정 방향 변형 조립"이 가능한 신소재 제조 방법을 개발하고, 셀룰로오스 나노 섬유와 이산화 티타늄 코팅의 운모(Mica sheet) 시트의 복합화를 통해 바이오닉스 구조를 가지는 지속가능한 고성능 구조 소재를 개발하였음. 동 소재는 플라스틱 대체품으로 응용될 것으로 전망됨.

연구팀이 개발한 신소재는 바이오닉스 진주모(珍珠母) 구조를 모사하였는데 동 바이오닉스 디자인은 소재의 역학 성능을 효과적으로 개선하는 것으로 알려져 있었음. 연구팀은 일반적인 천연물질에 기반하여 고성능 구조 소재를 개발하였는데 높은 강도와 높은 인성을 보임.

연구팀은 이산화 티타늄이 코팅된 운모 시트를 바이오닉스 구조의 벽돌로 사용하여 엔지니어링 플라스틱 강도를 훨씬 능가하는 강도를 확보하였으며 균열 무늬 편향 등 바이오닉스 구조 원리를 통해 소재 인성과 무늬 균열 저항을 높여 성능을 크게 향상시켰음. 동 소재는 지속가능한 소재로 기존의 분해가 불가능한 플라스틱을 대체할 수 있음.

동 방법의 명칭은 "특정 방향 변형 조립"이며, 연구팀은 이 방법을 통해 천연적인 고성능 바이오닉스 구조 소재를 셀룰로오스 나노 섬유(CNF)와 이산화 티타늄 운모 시트(이산화 티타늄-운모) 복합 히드로겔로 합성하였음.

이는 모두 천연소재로 지속가능한 바이오닉스 구조 소재로 이상적인 기계적 성능과 열에 대한 안정성을 가짐. 석유 베이스 플라스틱에 비해 성능이 더욱 우수하고, 색상을 다양하게 조절할 수 있으며, 더욱 안전하고 신뢰성이 높기 때문에 석유 플라스틱의 유력한 경쟁자가 될 것으로 전망됨.

만약 양산성이 확보된다면 동 소재는 외관이 보기 좋고 오래 쓸 수 있는 구조 소재로 각 종 전자 디바이스의 외관 등에 응용 잠재력이 높을 것으로 전망됨.

연구팀은 현재 이미 무기 나노 소재의 바이오닉스 합성을 하였으며 자체 조립 기술 및 시뮬레이션 바이오 광물화 방법을 개발하였음.

연구팀은 북극곰의 모발 속이 비어있는 구조에서 영감을 받아 새로운 경질(輕質), 보온, 단열 탄소 소재 및 화재 방지, 단열, 내 부식 특징을 보유한 바이오닉스 폴리머 목재를 개발하고 있음.

본 연구 성과는 ‘Nature Communications’ ("An all-natural bioinspired structural material for plastic replacement") 지에 게재됨.