울산과기원, 온도로 모양 바꾸는 자성 스마트 소재 개발

신소재공학부 김지윤 교수팀, 서울대 권민상 교수팀 공동 연구

울산과학기술원(UNIST)은 자기장에 반응해 스스로 움직이는 ‘자성 스마트 소재’의 모양을 더 다양하게 만들 수 있는 기술을 개발했다고 3일 밝혔다.

울산과기원에 따르면 신소재공학부 김지윤 교수팀이 서울대 재료공학부 권민상 교수팀과 공동으로 ‘자화 형태'(magnetization pattern)를 바꿀 수 있는 자성 스마트 소재를 개발했다.

자성 스마트 소재란 자기장에 반응해 모양이 변하거나 점도가 달라지는 소재를 말한다.

내부에 미리 입력된 자화 형태와 외부 자기장 간 상호 작용을 통해 움직인다.

자화 형태는 자석 힘의 세기와 N, S극 방향을 결정하는 일종의 ‘설계도’로, 자성 스마트 소재가 특정한 방향으로 굽혀지거나 접히게 한다.

그러나 제작 과정에서 한 번 고정된 자화 형태는 바꾸기가 쉽지 않아 자성 스마트 소재가 널리 쓰이지 못했다.

이에 연구팀은 온도에 따라 상태가 변하는 물질을 이용해 이 문제를 해결했다.

연구팀이 개발한 소재는 자성 물질인 자석 입자와 상변화 물질인 폴리에틸렌 글리콜(PEG·Polyethylene glycol)이 혼합된 마이크로미터 크기의 알갱이가 고분자 기질에 박혀 있는 구조다.

고체에서 액체로 변하는 상변화 물질인 PEG로 인해 자화 형태를 여러 번 반복해서 바꾸는 것이 가능하다고 연구팀은 설명했다.

제1 저자인 송현서 신소재공학부 석·박사통합과정 연구원은 “PEG의 고체·액체 간 상변화는 ‘가역 반응'(물을 얼음으로 만들고 얼음을 물을 만드는 것처럼 반대 방향으로 물질 변화 없이 진행 가능한 반응)이라, 위 과정을 반복하는 것만으로도 부드러운 복합소재의 자화 형태를 원하는 만큼 쉽게 재설계 할 수 있다”고 말했다.

연구팀은 또 개발한 소재로 ‘셀프 종이접기’가 가능한 자성 소프트 액추에이터(구동장치)도 만들었다.

김 교수는 “쉽게 자화 형태 재설계가 가능한 소재를 개발했다는 데 의의가 크다”며 “이 소재는 의공학, 유연 전기소자, 소프트 로봇 등 가변 구조형 스마트 소재가 필요한 다양한 분야에서 핵심 역할을 할 것”이라고 기대했다.

이번 연구는 나노 분야 세계 최고 권위지인 ‘나노 레터스'(Nano Letters)에 7월 8일 자로 게재됐다.

연구 수행은 한국연구재단과 한국산업기술평가관리원 지원을 받아 이뤄졌다.

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