나노기술 및 정책 정보

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액체 금속(Liquid metal, LM)은 전기 전도성, 열 전도성, 유동성, 낮은 모듈러스(modulus)와 생물 호환성 등의 특성이 있기 때문에 플렉시블 바이오닉 기능소재를 개발하는데 이상적임.

하지만 LM의 초고(超高) 표면 장력(예를 들면 공정(eutectic, 共晶) 갈륨 인듐 합금 EgaIn, 624 mN m-1)은 고분자 등 플렉시블 소재의 효과적인 복합화를 제한하고 있기 때문에 일반적으로 LM을 나노화하여 표면코팅을 통해 가공성 및 복합 성능을 향상시키게 됨.

대부분의 경우 초음파 방법으로 LM을 나노화하고, 산화물이나 단일분자 리간드(ligand) 층의 표면개질에 의존하여 클래딩 형태의 LM 나노 액적(droplet)을 취득하게 되지만 이렇게 취득한 클래딩 나노 액적은 여전히 제조가 어렵고, 쉽게 변하고, 가공 및 복합이 어려운 문제가 있음.

중국과학원 칭다오(靑島, 청도) 바이오에너지공정연구소 리차오쉬(李朝旭, 이조욱) 연구원이 주도하는 "바이오닉 스마트 소재 연구팀"은 바이오 고분자 및 나노섬유를 이용하여 안정적인 LM 나노 액적(droplet) 캡슐을 개발한 기존의 연구 성과를 기반으로 LM이 초음파 조건에서 에틸렌 단일체의 자유 라디칼 중합을 유발시키는 것을 발견함.

최근 연구팀은 카프로락톤(caprolactone) 단량체 혹은 그 용액 속에서 초음파 LM으로 인한 루프 중합을 통해 폴리 카프로락톤(Poly-caprolactone, PCL) 쉘 층두께를 제어할 수 있는 클래딩 형태의 LM 나노 액적(droplet) 캡슐을 개발하였는데 동 LM 나노 캡슐은 초고(超高) 화학 안정성과 유기용매 분산성, 우수한 광열효과, 생물 호환성, 생물 분해성과 폴리머 호환성을 가짐.

동시에 LM 나노 캡슐은 압력 소결을 통해 스트레칭할 수 있는 플렉시블 전자 디바이스를 개발함. 열 압력, 푸어링(pouring) 등 기타 방법을 통해 광열 효과, 찢어짐에 견디는 등 다양한 기능을 가지는 열가소성 복합 소재를 개발할 수 있었음.

이런 LM에 의해 촉발된 개방 루프 중합 전략은 안정적인 동시에 열/광 가소성을 가지는 LM 나노 캡슐 및 다기능 복합소재 개발을 위한 방법을 제공하고 있으며, 바이오 메디컬, 소프트 전자, 스마트 로봇 등의 분야에서 폭넓은 응용 전망을 가짐.

본 연구 성과는 ‘Advanced Materials’ ("Liquid Metal Initiator of Ring‐Opening Polymerization: Self‐Capsulation into Thermal/Photomoldable Powder for Multifunctional Composites") 지에 게재됨.