기계공학부 백승현 교수 연구팀이 문형필 교수, 김문기 교수 연구팀과 공동으로 손상 후 치유가능한 고전도성 나노복합소재를 개발했다고 밝혔다. 공동연구팀은 반복 1,000회의 손상 및 치유 후에도 전기전도도가 복원되는 고전도성 나노복합소재를 개발하는 데 성공하였다. 서대우 박사와 케이피파셀라가 공동 1저자로 참여하였다.

형태변형 및 손상 후 치유가능한 전도성 소재는 인공피부, 사물인터넷, 바이오전자소자 등 미래 전기전자소자 핵심기술로 최근 주목받고 있다. 그러나 낮은 전기전도도와 기계적·전기적 손상 후 전도성이 원래 상태로 완벽히 복원되지 않는다는 기술적 한계가 있었다. 

연구팀은 복합소재 혼합 공정 중에 마이크로 은입자를 화학적으로 에칭하여 조밀하고 균일하게 분산된 위성구조의 은나노입자 네트워크를 합성하는데 성공하였다. 입자 간의 직접적인 연결 없이 전자 터널링을 통해 형성된 전도성 네트워크는 고전기전도도를 달성할 뿐 아니라, 끊어진 후 복원되어도 원래의 구조가 회복되어, 반복 1,000회의 손상 및 치유 후에도 복합소재의 전기전도도가 완벽히 복원될 수 있었다. 기계적 특성 변화를 이론적으로 계산하였으며, 침수나 장시간 공기유출 환경에서도 전도성이 안정적으로 유지됨을 확인하였다.  

개발된 고전도성 나노복합소재는 고무찰흙과 같이 자유자재로 형태변형이 가능하고 손상 후에도 치유가능한 특성을 나타내고 있으며, 사람의 진입이 제한된 재난상황이나 극한환경에서 로봇 등을 이용하여 손상된 전기부품·회로를 복원하는데 사용될 수 있을 것으로 예상된다.

본 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행되었다. 

본 연구결과는 과학기술분야 세계적인 학술지인 네이쳐 커뮤니케이션즈 (Nature Communications)에 5월 7일 게재됐다.

※ 논문명: Electron tunneling of hierarchically structured silver nanosatellite particles for highly conductive healable nanocomposites, 서대우 (1저자), K.P. Faseela (공동1저자), 김원준, 박찬용, 임장균, 서성원, 김문기, 문형필, 백승현 (교신저자), Nature Communications, https://doi.org/10.1038/s41467-020-15709-8.

[그림1] 위성구조 은나노입자 네트워크 기반의 다양한 형태변형 및 손상 후 치유가능한 고전도성 나노복합소재