강도와 복원력 갖춘 이온겔, 상온서 83% 회복

외부 충격으로 찢어진 뒤에도 열이나 빛을 가하지 않고 상온에서 손상 부위를 복원하는 고강도 이온겔이 개발됐다. 한양대학교 김도환 화학공학과 교수 연구팀은 인장강도와 신축성을 유지하면서 자가치유 기능까지 갖춘 소재를 구현했다. 반복적인 변형과 손상에 노출되는 웨어러블 전자기기와 소프트 로봇, 바이오전자 소재로 활용 범위를 넓힐 수 있는 성과다.

개발된 이온겔은 인장강도 10.4메가파스칼(MPa), 신축성 1600%, 인성 56메가줄 퍼 세제곱미터(MJ/m³)를 기록했다. 상온에서 외부 자극 없이 측정한 자가치유 효율도 83%를 넘었다. 높은 강도를 확보하면 복원력이 낮아지고 자가치유 능력을 키우면 쉽게 찢어졌던 기존 이온겔의 상충 관계를 하나의 소재 안에서 해소한 것이 핵심이다.

이온겔은 고분자 네트워크 안에 이온성 액체를 담아 유연성과 높은 이온전도성을 함께 구현하는 소재다. 연구팀은 양쪽성 이온 곁사슬을 이온 전달에만 쓰지 않고 고분자 내부 구조와 이온성 액체 분포를 조절하는 설계 요소로 활용했다. 양쪽성 이온은 단단한 고분자 영역인 하드 세그먼트의 응집 구조를 안정시키고, 쌍극자 상호작용으로 고분자 네트워크를 강화했다. 가역적인 이온-쌍극자 결합은 손상 부위가 다시 이어지는 구조를 만들었다.

이번 소재는 전자피부와 웨어러블 센서뿐 아니라 인간-기계 인터페이스(HMI), 소프트 로봇, 바이오전자 시스템처럼 반복 변형과 복원이 필요한 분야에 적용될 가능성이 있다. 공진연 박사와 김지홍 박사과정생이 공동 제1저자, 김도환 교수가 교신저자로 참여했다. 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구사업·글로벌 선도연구센터 사업·나노 및 소재기술개발사업·첨단융합기술개발사업의 지원을 받았으며, 연구 결과는 국제학술지 ‘Nano-Micro Letters’에 지난달 30일 온라인 게재됐다. 관련 특허 1건도 출원됐다.