형태가 변하고 온도·빛·자석에 반응…스마트 소재 플랫폼
(대전＝연합뉴스) 김준호 기자 = 한국화학연구원 김동균 박사와 한양대 위정재·세종대 김용석 교수 공동연구팀은 황 고분자로 온도·빛·자기장에 반응하는 4D 프린팅 기술을 개발했다고 4일 밝혔다.
2024년 기준 전 세계적으로 정유 공정에서 나오는 황 부산물은 8천500만t으로, 황을 단순한 폐기물이 아닌 새로운 자원으로 활용할 수 있는 신기술 개발이 절실한 상황이다.
해결책으로 주목받는 황 플라스틱은 일반 플라스틱이 투과하지 못하는 적외선을 통과시켜 적외선 카메라 렌즈 소재로 사용할 수 있고, 중금속을 흡착해 수질 정화에도 활용할 수 있다.
하지만 황 플라스틱은 복잡한 모양을 만드는 3D 프린팅 기술에 적용하기가 매우 어려웠는데, 연구팀은 내부 그물 구조를 느슨하게 설계함으로써 복잡한 모양도 손쉽게 프린팅할 수 있는 새로운 황 플라스틱을 개발했다.
황 함량과 그물 구조를 정교하게 조절해 온도나 빛 같은 자극에 모양이 변하는 '형상기억' 4D 프린팅 기술로, 별도 장치 없이 소재 자체가 스스로 형태를 바꾸는 지능형 구조체를 구현했다.
특수 레이저를 8초간 비추면 그 에너지가 소재 내부의 결합을 순간적으로 끊었다가 다시 이어주는 '용접' 역할을 하는데, 접착제 없이도 조각들을 단단하게 붙일 수 있다. 마치 레고 블록을 조립하듯 정교하고 복잡한 4D 구조물을 출력할 수 있다고 연구팀은 설명했다.
연구팀은 황 플라스틱에 철 가루를 20% 혼합해 별도 동력 없이도 움직이는 1㎝ 이하 크기의 '소프트 로봇'도 개발했다. 소재가 가진 '형상기억' 능력에 철 가루의 '자기장 반응' 기능이 더해지면서 로봇은 자석의 움직임을 따라 보다 정교한 동작을 수행할 수 있게 됐다.
제작된 4D 구조물은 사용 후 다시 녹여 프린팅 원료로 100% 재사용할 수 있다.
김동균 박사는 "산업 부산물인 황을 첨단 로봇 재료로 업사이클링한 최초의 사례"라며 "스스로 움직이고 재활용까지 가능한 스마트 소재는 미래 소프트 로봇 및 자동화 산업의 핵심 동력이 될 것"이라고 말했다.
kjunho@yna.co.kr
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