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ⓒ클립아트코리아

 

스마트폰을 사용하면서 걱정하는 것 중 하나가 바로 액정인데요. 많은 사람이 스마트폰 액정이 깨질까 보호 필름을 부착하기도 하고 케이스를 사용하기도 하죠. 실제로 일부 스마트폰의 경우, 액정 수리비용이 출고가 대비 28%인 것도 있다고 합니다. 항상 조심해서 사용해야 하는 스마트폰 액정! 그런데 만약 깨진 스마트폰 액정이 스스로 복원된다면 어떨까요? 한국과학기술연구원과 연세대학교 공동연구팀은 균열이나 손상을 스스로 복원할 수 있는 스마트폰 액정 소재인 자가 치유 투명 폴리이미드를 개발했다고 합니다.

 

투명 폴리이미드 필름이란?

먼저 폴리이미드 필름에 대해 알아보겠습니다. 폴리이미드 필름은 영하 269도의 저온이나 영상 400도 이상의 고온을 견디는 필름으로 첨단 고기능성 산업용 소재인데요. 얇고 굴곡성이 뛰어나다는 장점이 있습니다. 내화학성, 내마모성도 강해 안정적인 성능 유지가 필요한 분야에도 쓰이고 있는데요. 이때 내화학성은 물질이 화학적 물질이나 처리에 견디는 정도를 말하고, 내마모성은 마찰에도 닳지 않고 잘 견디는 성질을 의미합니다. 폴리이미드 필름은 높은 열 안정성과 효과적인 기계적 특성으로 IT와 우주항공 분야의 미래 핵심소재로 주목받고 있으며 휴대전화에 들어가는 연성회로기판의 원판으로도 사용되고 있죠.

 

투명 폴리이미드 필름은 보통 노란색인 폴리이미드 필름에 불소를 사용해 추가로 가공하여 투명하게 만듭니다. 우수한 기계적, 전기적, 화학적 특성이 있는 폴리이미드의 특성을 유지하면서도 투명하여 유리를 대체할 것으로 기대되는 소재인데요. 강도가 세고 수십만 번 접어도 흠집이 나지 않아 폴더블, 플렉시블 디스플레이 등의 모바일 제품에 이미 상용화되어있고 태양전지 등의 산업 전반에서도 활용되고 있습니다.

 

자가 치유 투명 폴리이미드

투명 폴리이미드는 다양한 산업군에 사용되는 만큼, 균열과 전자파에 의한 파괴 등을 방지하기 위해 내구성을 확보하려 했으나 근원적인 소재의 손상을 막지는 못했었습니다. 부드러운 소재에서만 구현 가능했고, 뜨거운 열을 가해야 복원될 수 있었죠.

 

하지만 한국과학기술연구원과 연세대학교 공동연구팀이 개발한 자가 치유 투명폴리이미드는 투명 폴리이미드의 장점은 유지하면서도, 균열이나 손상된 부분을 어떠한 환경에서도 능동적으로 빠르고 쉽게 복원할 수 있도록 아마인유를 활용하여 개발에 성공했습니다. 아마인유는 식물의 일종인 아마 씨에서 추출한 것으로 페인트나 인쇄잉크 등을 제조하는 데 쓰이고 있습니다. 25℃의 상온에서 쉽게 경화되는 특성이 있습니다.

 

ⓒKIST 한국과학기술연구원 홈페이지

자가 치유 투명 폴리이미드는 아마인유를 담은 마이크로캡슐을 제조한 후, 제조한 마이크로캡슐을 실리콘과 섞어 투명 폴리이미드 위에 코팅하여 보호층을 만들었습니다. 손상이 생기면 마이크로캡슐이 터져 아마인유가 흘러나오게 되고, 손상된 부분으로 이동, 경화되어 스스로 복원될 수 있게 한 것이죠. 이러한 자가 치유 기능은 국소적인 손상에서 국부적인 손상 범위까지 복원할 수 있다는 장점이 있으며 고온의 열을 가하지 않아도 상온에서도 스스로 복원된다고 합니다.

 

습도, 자외선 등 다양한 자극을 감지하여 스스로 손상을 복원하고, 나아가 자외선에 치유 속도가 더 빨라지는 장점을 갖고 있어 자외선을 쐬면 최대 20분 이내에 손상의 95% 이상이 복원된다고 합니다.

 

다른 자가 치유 기술

그렇다면 다른 자가 치유 기술에는 또 어떤 것이 있을까요? 한국전력공사가 접속함 소재에 자가 치유 기술을 도입한 것을 예로 들 수 있습니다. 지하 설비 중 송전 케이블 사이사이를 연결해주는 중간접속함은 고전압의 외부 방전을 막기 위해 전선이 연결되는 곳을 실리콘 절연체로 감싸는데요. 이때 절연체는 고전압이 계속 가해지는 충격에 전선 주변부터 균열이 일어나게 됩니다.

 

이 균열이 절연체 가장 바깥까지 도달하면 전기가 방전되며 정전 사고를 일으키기도 하는 것인데요. 한국과학기술연구원의 연구팀과 대한전선, KCC, 숭실대학교, 경기대학교가 공동으로 실리콘 내부에 자가 치유 물질을 넣은 마이크로캡슐을 섞는 소재를 개발하였습니다. 균열이 캡슐에 닿게 되면 캡슐이 터지고 캡슐 속 물질이 균열을 메운 뒤 수 분 내로 굳어지는 것이지요.

 

또, 2011년 네덜란드 델프트공대 연구팀은 수분을 만나면 번식하는 세균 캡슐을 콘크리트 속에 섞어 자가 치유 기술을 개발하였습니다. 콘크리트의 균열이 생기면 물에 노출된 세균이 탄산칼슘을 생성해 금이 간 부분을 메우도록 하였죠.

 

ⓒ클립아트코리아

 

점점 다양해지고 있는 자가 치유 기술! 스마트폰을 비롯한 전자제품을 사용하면서 액정이 깨져도 걱정하지 않는 날이 오길 기대해봅니다. 나아가 균열이나 손상을 스스로 복원하여 다양한 위험으로부터 안전하고 편리한 생활이 될 수 있도록 자가 치유 기술이 상용화되면 좋겠습니다.

 

 

 


 

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