국내 연구진이 열을 가하면 수축하는 게 아니라 오히려 30% 이상 늘어나는 ‘자가 신장 스마트섬유’를 개발했다. 더워지면 바람이 잘 통하는 방식으로 변신하는 ‘스마트 니트’인 셈이다.

한국연구재단은 안석균 부산대 교수 연구팀이 열 자극 때문에 길이가 늘어나는 형상변형섬유 제조 공정을 개발했다고 23일 밝혔다. 액체와 고체의 중간상태인 액정탄성체를 섬유화한 것으로 스마트 의류뿐 아니라 소프트 로봇과 같은 분야에도 적용할 수 있을 것으로 예상된다.

고온에서 의류를 세탁, 건조하면 줄어드는 것처럼 대부분의 고분자 섬유도 열을 가하면 수축한다. 이런 열 감응성 수축 원리를 이용한 것으로 인공 근육, 스마트 의류, 햅틱(촉각) 장치 등 다양한 분야에 활용되고 있으나 수축 모드에만 한정된 형상변형섬유는 기능이 제한적일 수밖에 없었다. 이런 이유에서 열 감응성 신장(길게 늘어남)이 가능한 형상변형섬유에 대한 연구가 활발히 진행되고 있지만 고분자 사슬의 배향(일정 방향으로 배열)이 섬유 축에 평행하게 형성돼 열 수축을 유발, 열에 의해 길이가 늘어나는 섬유를 개발하는 것은 쉽지 않았다.

연구팀은 '스멕틱 액정(디스플레이 장치에 사용되는 길쭉한 액정분자가 층을 이룬 구조의 물질)의 독특한 분자 정렬 특성을 활용, 섬유 축에 수직으로 분자 배향을 형성하는 데 성공했다. 고분자 섬유의 일반적인 배향과는 반대로 열을 가했을 때 스스로 늘어나는 형상 변형을 유도했다. 스멕틱 액정탄성체로 만든 섬유는 온도가 상승하면 30% 이상의 변형률로 길이가 늘어나고, 온도가 낮아지면 원래의 길이를 가역적으로 회복했다.

연구진은 스멕틱 액정 섬유를 이용해 온도 변화에 따라 기공 크기를 50% 이상 조절할 수 있는 스마트 니트를 만들었다. 연구진은 “형상변형을 구현하기 위해 꼬임과 같은 별도의 구조화 작업이 필요하지 않아 화학섬유 제조 공정을 구현할 수 있었다”며 “상용화 가능성을 입증했다”고 말했다.

안 교수는 “기존의 수축 변형에 한정돼 있던 형상변형 섬유의 작동 모드를 신장 변형으로까지 확장해 구현했다”며 “향후 더 복잡한 형태의 스마트 의류나 인공 근육, 소프트 로봇을 구현하는 데 활용할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 지난 17일 게재됐다.

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