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창의설계축전 공모작

능동 분해성 연성재료의 설계 및 응용

  • 참가 부문

  • 학과

    재료공학부

  • 팀명

    BIELAB

  • 신청자 이름

    김영환

능동 분해성 연성재료의 설계 및 응용

1)늘어나는 폐기물에 따른 환경 문제가 도래하고, 2)기능 후 적절한 시점에서의 분해가 필요한 사용처(체내 삽입형 전자약 등)가 등장하며 분해성 재료(degradable materials)의 설계가 재료과학의 주요 과제로 떠오르고 있다. 하지만 아직까지의 분해성 재료들은 대부분 가수분해 기반의 수동적 분해에 의존하고 있다. 이런 수동적 분해는 1)사용하는 내리 재료의 성능 저하가 불가피하며 2)분해되는 시점을 제어하기 몹시 어렵다는 단점을 갖는다. 가장 이상적인 것은 평소에 안정하다가 특정 자극에 감응해 빠르게 분해되는 능동 분해성 재료이지만, 합성의 어려움, 분해 전까지의 안정성 문제, 기존에 비해 크게 떨어지는 물성 등으로 인해 그 연구가 더딘 상황이다. 본 과제는 이런 능동 분해성 재료의 새로운 예로 클립 화학(clip chemistry) 기반의 실리콘 엘라스토머 복합재료를 제안한다. 1)UV를 받아 HF를 내놓는 DPI-HFP 분자와 2)Si-O 결합 기반의 실리콘 엘라스토머를 섞어준 결과, UV 노광과 100 ℃ 부근의 열이라는 2단 트리거로 분해되는 실리콘 엘라스토머 복합재료를 얻을 수 있었다. 해당 재료는 실리콘 엘라스토머의 장점인 기계적 특성(~500% 영률에서 상용 엘라스토머와 동일한 영률)과 가공의 편리성을 그대로 갖추었으며, 동시에 2단 트리거에 따른 높은 평시 안정성 역시 확보하였다. 나아가 해당 재료를 이용해 기능 중 원할 때 분해시킬 수 있는 능동 분해성 소프트 로봇/전자소자까지 구현할 수 있었다. 본 재료는 지금껏 매립으로 처리되던 실리콘 엘라스토머의 폐기 문제에 해답을 줄 뿐만 아니라, 소프트 로봇/전자소자의 기반 재료로써 작전 중 발각 시 흔적 없이 사라지는 정찰 로봇, 보안 저장매체 등 다양한 기능으로의 활용이 기대된다. 나아가, 본 재료의 설계 메커니즘인 클립 화학 기반의 복합재료 자체도 능동 분해성 재료의 범위를 확장해줄 새로운 방법론으로 기대된다.

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