포스텍 화학과 박문정 교수 연구팀이 전복 껍데기 구조에서 영감을 받아 유연하면서도 단단하고 전기 저장 효율이 높은 신소재를 개발했다.
이번 연구 성과는 6월 26일(현지시간) 국제학술지 *어드밴스드 사이언스(Advanced Science)*에 게재되었다.

연구의 핵심은 기존 유연 소재가 가지는 ‘유연하면 약하고, 단단하면 부러지는’ 트레이드오프 한계를 극복하는 데 있다. 웨어러블 전자기기와 같은 차세대 기술에는 구부려도 손상되지 않으면서 충격에도 강한 소재가 필수적이다. 연구팀은 자연의 구조에서 해답을 찾았다. 전복 껍데기는 유기층과 무기층이 수천 겹 쌓여 있는 초격자(superlattice) 구조를 갖고 있으며, 이러한 구조가 강도와 유연성을 동시에 제공한다.

이를 모사하기 위해 연구팀은 서로 섞이지 않는 두 고분자를 연결한 ‘블록 공중합체(copolymer)’를 기반으로, 양전하와 음전하를 동시에 지닌 '양쪽성 이온(zwitterion)'을 첨가해 자가 조립 가능한 3차원 구조를 구현했다.

특히 이 조합을 통해 고난도의 ‘프랑크-카스퍼 상(Frank-Kasper phase)’이라는 구조를 실현했다. 이는 복잡한 입체 퍼즐처럼 정교하게 배열된 구조로, 기존 층상 구조보다 더욱 뛰어난 성능을 가진다. 이 초격자 구조 소재는 높은 탄성률과 충격 저항성을 보이며, 전하를 저장하는 능력인 유전율은 일반 절연체 대비 25배 이상 높은 수치를 기록했다.

이에 따라 해당 소재는 유연 전자기기, 메모리 소자, 반도체 부품 등 다양한 차세대 전자기기에 응용될 수 있는 유망 후보로 평가받고 있다.

박문정 교수는 “자연이 수억 년에 걸쳐 설계한 구조를 구현함으로써 기존 소재의 한계를 넘어설 가능성을 열었다”며, “이번 연구는 차세대 유연 전자소재 개발에 새로운 패러다임을 제시할 것”이라고 밝혔다.

[발췌: 동아사이언스]