“20분 내 손상 90% 스스로 복원”…’자가치유’ 액정보호막 개발

KIST·연세대 연구팀 "투명 폴리이미드 필름에 '자가치유 PDMS' 박막 코팅"

국내 연구진이 기계적·화학적 물성이 우수해 스마트폰 액정 보호 등에 사용되는 투명 폴리이미드(CPI) 필름에 자가치유 기능이 있는 고분자(PDMS)를 얇게 코팅해 20분 안에 손상을 90% 이상 스스로 복구할 수 있는 액정보호막 소재를 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 19일 구조용복합소재연구센터 정용채 센터장팀과 연세대 화공생명공학과 한학수 교수팀이 공동연구로 아마씨(linseed)에서 수출한 아마인유가 담긴 마이크로캡슐을 이용해 소재에 발생한 균열이나 손상된 기능을 스스로 복원할 수 있는 자가치유 투명 전자소재를 개발했다고 밝혔다.

기계적, 전기적, 화학적 물성이 우수한 투명 폴리이미드(CPI)는 투명하고 강도가 강하면서 수십만 번 접어도 흠집이 나지 않아 폴더블, 플렉서블 디스플레이 등 모바일 제품은 물론 항공우주, 태양전지 등 산업 전반에 활용된다.

특히 스마트폰 액정보호막으로 많이 사용되는 CPI는 긁힘과 균열 등 손상이 생기는 경우가 많아 첨가제 등을 이용해 내구성을 높이고 손상을 스스로 복원하는 기능을 부여하려는 연구가 진행되고 있다.

연구팀은 이 연구에서 식물성 기름인 아마인유가 담긴 지름 100㎛(100만분의 1m)의 마이크로캡슐로 만들고, 이를 투명 고분자(PDMS)에 섞어 CPI에 300㎛ 두께로 코팅, 온도, 습도, 자외선 등에 반응하면서 스스로 손상을 복구하는 액정보호막을 개발했다.

아마인유는 상온(25℃)에서 쉽게 굳는 특성이 있어 그림 보존용 코팅 물질로도 많이 사용된다. 아마인유가 담긴 마이크로캡슐이 포함된 PDMS 박막에 긁힘이나 균열 등 손상이 생기면 마이크로캡슐이 터져 아마인유가 흘러나오면서 국소적인 손상에서 국부적인 손상까지 복원할 수 있다고 연구팀은 설명했다.

이 자가치유 액정보호막은 온도와 습도, 자외선(UV) 등의 조건에 따라 손상 복원 속도가 달라지며, 온도를 70℃로 높이거나 습도를 70%로 높이면 복원 속도가 상온에서보다 빨라지는 것으로 나타났다.

연구팀이 아마인유 마이크로캡슐 함량을 PDMS의 5% 수준으로 조절해 자가치유 액정보호막을 제작하고 자외선을 이용해 손상 복원 실험을 한 결과, 20분 안에 손상의 91%가 복원되고 투명도도 70% 이상으로 유지되는 것으로 확인됐다.

정용채 센터장은 “자가치유 기능이 있는 PDMS를 개발하고 이를 투명 폴리이미드 필름과 결합해 자가복원 투명 폴리이미드를 만들었다”며 “앞으로 투명 폴리이미드 자체가 자가치유 기능을 갖도록 개발하고 더 향상된 물성을 확보해 응용범위를 확대할 예정”이라고 말했다.

이 연구 결과는 재료과학·복합소재 분야 국제학술지 ‘복합재료 파트 B : 공학'(Composite Part B: Engineering) 최신호에 게재됐다.

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