KIST-연세대, 자가 치유 기능 투명 전자소재 개발
고온의 열 없이 상온에서 95% 이상 회복

연구진이 개발한 자가치유 CPI 필름의 말림(bendable) 테스트. [사진=KIST 제공]
연구진이 개발한 자가치유 CPI 필름의 말림(bendable) 테스트. [사진=KIST 제공]
손상된 스마트폰 액정이 스스로 복원된다면 어떨까. 국내 연구진이 이를 실현할 전자소재를 개발했다. 

KIST(한국과학기술연구원∙원장 윤석진)는 정용채 구조용복합소재연구센터장 연구팀이 한학수 연세대 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 소재에서 발생한 손상에 대해 자가 복원할 수 있는 투명 전자소재를 개발했다고 19일 밝혔다. 

투명 폴리이미드(CPI, Colorless Polyimide)는 투명하고 강도가 세면서도 수십만 번 접어도 흠집이 나지 않는다. 폴더블, 플렉서블 디스플레이, 태양전지 등 산업 전반에 사용된다. 

다양한 환경에서 발생할 수 있는 균열과 지속적인 전자파에 의한 파괴 등을 해결하려는 노력이 지속되고 있다. 공동연구팀은 식물의 일종인 아마 씨에서 추출한 아마인유(Linseed oil)을 활용했다. 투명 폴리이미드 장점은 유지하면서 손상된 기능을 쉽고 빠르게 능동적으로 복원할 수 있도록 했다. 아마인유는 상온(25℃)에서 쉽게 굳는 특성이 있어 그림을 보존하기 위한 코팅제로도 널리 사용된다. 

연구진은 아마인유를 담은 마이크로캡슐을 제조한 뒤, 실리콘과 섞어 투명 폴리이미드 위에 코팅했다. 일종의 보호막이다. 손상이 생기면 마이크로캡슐이 터져 아마인유가 흘러나와 손상된 부분으로 이동해 굳으면서 스스로 복원하는 원리다. 국소적인 손상에서 국부적인 손상범위까지 복원할 수 있다.

기존에 알려진 자가 복원 기능은 부드러운 소재에서 뜨거운 열을 가해야만 구현할 수 있었다. 반면 연구진이 개발한 소재는 단단한 소재임에도 자가 치유 능력을 갖고 있다. 고온의 열 없이도 상온에서 스스로 복원되며 습도, 자외선에 치유속도가 더 빨라진다. 최대 20분 이내에 손상의 95% 이상이 회복된다. 

정용채 센터장은 "손상된 고분자 소재 물성과 수명을 근원적으로 해결할 수 있는 자가복원 투명 폴리이미드를 제조했고, 유연디스플레이∙전자재료 디바이스 등 그 소재의 응용범위를 제시했다는 데 의의가 있다"라며 "보다 향상된 물성확보를 위해 추가적인 구조를 검토하고 응용범위를 확대할 예정"이라고 밝혔다.

과학기술정보통신부 지원으로 KIST 주요사업으로 수행된 이번 연구는 재료과학 및 복합소재 분야 국제저널 'Composite Part B: Engineering’(JCR 분야 상위 1.67%) 최신 호에 게재됐다. (논문명: Interfacial Adhesion and Self-Healing Kinetics of Multi-Stimuli Responsive Colorless Polymer Bilayer) Structure

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