고분자공학과

[출처: 부산대·전남대, 데이터 기반 설계로 방열소재 한계 돌파 ]AI로 찾았다…고분자 복합소재 방열 성능 두 배 향상인공지능 최적화, 3D X-ray CT로 미세구조-열전달 상관관계 규명해 열전도도 정밀 예측알루미나-실리콘 고무 복합체 열전달 성능 높여, 전자·자동차 등 방열소재 새 전기 기대왼쪽부터 왼쪽부터 김채빈 교수, 이재근 교수, 안효성 교수, 나채성 학생, 신상수 학생부산대학교 연구진이 인공지능(AI)과 3차원 영상기술을 활용해 전자기기의 열을 효과적으로 식힐 수 있는 고분자 복합소재를 개발했다. 이 연구는 고방열(高放熱) 소재의 성능을 두 배 이상 높이며, 전자·자동차·항공우주 산업에 새로운 가능성을 제시했다.부산대학교(총장 최재원) 응용화학공학부 김채빈 교수와 이재근 교수, 전남대 석유화학소재공학과 안효성 교수 연구팀은 데이터 기반 설계(data-driven engineering) 방식을 통해 고분자 소재 안에서 열이 얼마나 잘 전달되는지를 정밀하게 분석하고, 그 구조를 인공지능이 스스로 최적화하도록 했다.알루미나/실리콘 고무 복합소재의 입자 조성 최적화를 위한 베이지안 최적화 알고리즘 모식도그 결과, 알루미나(Al₂O₃) 미세입자와 실리콘 고무(PDMS)를 섞어 만든 복합소재의 열전도도(thermal conductivity)가 기존보다 2배 이상 향상된 6.89 W/m·K에 도달했다.핵심은 ‘AI 실험 조합 찾기’였다. 연구팀은 베이지안 최적화(Bayesian Optimization) 알고리즘을 이용해 입자 크기와 혼합 비율을 수백 번의 실험과 예측을 거쳐 자동으로 찾아냈다. 그 과정에서 90μm, 20μm, 3μm, 0.6μm(마이크로미터·100만분의 1미터) 크기의 입자가 가장 조밀하게 채워지는 조합을 알아냈는데, 이것이 열이 빠르게 흐를 수 있는 길을 만드는 핵심 구조였던 것이다.소재 내부가 실제로 어떤 구조를 이루는지 확인하기 위해 연구팀은 3D X-ray CT(컴퓨터단층촬영) 기술을 도입했다. 이 기술로 내부의 입자 연결 상태, 기공 분포, 표면적 등을 정밀하게 시각화함으로써 ‘열이 어떻게 이동하는지’를 눈으로 확인할 수 있었다.이를 통해 열전도도는 필러(입자)의 부피, 굴곡 정도, 필러?수지 계면 면적 등 세 가지 요인에 따라 정밀하게 예측할 수 있음을 밝혀냈다.3D X-ray CT 분석을 통해 복합소재의 미세구조와 열전달 특성의 상관관계를 정량적으로 규명한 결과김채빈 교수는 “이번 연구는 무작위성이 큰 복합소재의 구조를 데이터로 해석하고, AI가 스스로 최적의 구조를 찾아내는 새로운 패러다임을 제시했다”며 “향후 전기차 배터리, 위성, 항공기 등 고방열 시스템에 폭넓게 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.이번 연구 성과는 세계적 학술지 『컴포지트 사이언스 앤 테크놀로지(Composites Science and Technology)』 11월 10일자에 게재됐다.논문 제목은 Data-driven engineering and analysis of polymer composites with high thermal conductivity이다.공동 교신저자로는 부산대 김채빈 교수와 이재근 교수, 전남대 안효성 교수가 참여했으며, 부산대 나채성 석사과정생과 신상수 석·박사통합과정생이 공동 제1저자로 연구를 수행했다. 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원을 받았다.

아래 기사(링크)와 같이부산대학교 고분자공학과 김채빈 교수와 최수비 박사(지도교수: 안석균)가 2025년 부산지역 연구개발 우수성과에 선정되는 쾌거를 이루었습니다. 부산 R D 성과 8선 발표…과학기술 혁신 동력 강화-국민일보 1) 김채빈 교수(부산대고분자공학과): 비접촉 자극응답형 생체모사 스마트 소재 기술로 연구혁신 부문 우수성과에 선정 2) 최수비 박사(부산대고분자공학과, 안석균 교수 연구실): 스마트 감압성 점착제개발로 우수학술 부문 우수성과에 선정

2025년 부산대학교 대학원생 연구자랑대회 우수상 수상_양미옥 석사과정생 지난 9월 17일 부산대학교 본관 대회의실에서 개최된 2025 진로IN, 미래ON: 대학생·대학원생커리어 페어에서 양미옥 (석사과정, 지도교수: 김채빈) 학생이 우수상을 수상하였다. 이번 대회는 부산대학교 대학원혁신실 주최하고 부산대학교 취업전략과·창업지원부·학생과·학부 및 대학원 총학생회의 후원을 받았다. 양미옥 학생은 “Highly Adhesive and Fully RecyclableCovalent Adaptable Network-Based Poly(β-amino ester) Solid PolymerElectrolyte for Lithium Metal Batteries” 라는 제목의 연구를 발표하였다. 해당 연구는 재가공 가능한 열경화성 고분자(동적 결합 고분자)를 활용한 고체 고분자 전해질을 개발해 높은 접착력과 기계적 안정성을 확보했다.특히 사용 후 전해질에서 리튬염을 회수하고 전해질 자체를 재활용할 수 있는 공정을 제시해 기존 기술과 뚜렷한 차별성을 보였다. 이는 친환경성과 경제성을 동시에 충족시키며 차세대 리튬 금속전지의 재활용 가능성을 입증했다. 연구 성과는 지속가능한 배터리 생태계 구축에 중요한 기여로 평가된다.

?[언론스크랩/국제신문] 부산대·인하대, 촉매 없이 재활용 가능한 고분자 전해질 개발 전기차와 휴대전화 등에 쓰이는 배터리에서 ‘전해질’은 필수적이면서도 핵심적인 부품으로 꼽힌다. 전해질은 전극 사이에서이온을 전달해 전류를 흐르게 하는 매개체로, 차세대 에너지 산업의 중요한 화두로 떠오르고 있다. 전해질은 보통배터리를 다 쓰고 나면 함께 버려지지만, 국내 연구진이 이를 다시 배터리용 전해질로 되살리는 기술을개발했다. 새 전해질은 복잡한 촉매가 없어도 재가공·재활용이가능하고, 안에 들어 있던 리튬염까지 회수할 수 있어 친환경적이다. 무엇보다도기존 전해질과 비슷한 기계적 강도와 전기 전도 특성을 유지해, 실제 배터리에 다시 활용할 수 있는 가능성을보여줬다. 기존 전해질의한계를 넘어선 이 기술은 전기차 배터리, 에너지 저장장치(ESS) 등미래 운송과 에너지 분야에서 획기적인 전환점을 마련할 것으로 기대된다. 부산대학교(총장 최재원)는 응용화학공학부 김채빈 교수 연구팀이 인하대 고분자공학과최우혁 교수 연구팀과의 공동연구로, 재활용 가능한 열경화성 고분자 기반 고체 고분자 전해질 개발에 성공했다고 16일 밝혔다. 이번 성과는 에너지·환경분야의 핵심 과제인 차세대 리튬금속전지의 안정성과 지속가능성을 동시에 해결할 수 있는 새로운 대안으로 주목받고 있다. 차세대 전지의핵심 소재인 고체 고분자 전해질은 이온전도성과 기계적 안정성을 동시에 요구받는다. 그러나 기존 열경화성고분자는 일단 가교되면 다시 가공하거나 재활용할 수 없어 환경 부담과 고비용 문제를 안고 있었다. 연구팀은 이러한한계를 극복하기 위해 동적 공유결합(covalent adaptable network, CAN)에 주목했다. 이 결합은 필요시 가역적으로 끊어지고 다시 형성될 수 있어 기존의 열경화성 고분자와 달리 재활용·재가공이 가능하다는 장점이 있다. 이전에도 해외연구에서 동적 공유결합을 전자재료나 구조용 소재에 적용하려는 시도가 있었으나, 전해질 소재로 적용해강한 접착력·기계적 탄성·이온 전도성을 동시에 확보한 사례는드물었다. 이번 연구에서는촉매가 전혀 필요 없는 동적 공유결합 기반 고분자 전해질을 설계해 사용 후에도 재활용과 리튬염 회수가 동시에 가능한 혁신적인 소재를 선보였다.기존 전해질연구에서는 열경화성 고분자가 갖는 높은 안정성 덕분에 전지 안정성을 확보할 수 있었지만, 한 번 가교되면재가공이 불가능하고 폐기 시 재활용이 전혀 되지 않는 한계가 있었다. 일부 연구에서는 가교 밀도를 낮추거나가소제를 첨가해 가공성을 확보하려 했으나 이 경우 기계적 강도와 전기화학적 안정성이 크게 떨어져 실제 응용에는 어려움이 많았다. 반면, 이번 연구에서는 동적 공유결합(CAN)을 고체 전해질에 적용했다. β-아미노에스터 기반의 가역적결합을 도입해 전지 구동 중에는 강력한 네트워크로 안정성을 유지하다가 필요시 가열을 통해 결합 교환 반응으로 네트워크가 재배열될 수 있다. 또한 사용 후 가열 및 용매 처리를 통해 가교 구조를 해체하고 전해질로부터 리튬염을 회수할 수 있도록 설계했다. 이러한 전해질의메커니즘은 이온·고분자 사슬 동역학 분석 및 이온 수송 메커니즘 해석을 통해 분자 수준에서 명확하게규명됐다. 아울러 응력 완화와 점탄성 전이 분석으로 분자 네트워크의 동적 교환 반응과 사슬 운동성에따른 점탄성 모드 전환 역시 정밀 분석됐다. 연구팀은 해당고분자 전해질을 합성한 뒤 리튬금속 전지에 적용해 장시간 구동 안정성과 전극 계면 접착력을 확인했다. 또한사용 후 소재를 용매 처리해 전해질 고분자와 리튬염을 분리할 수 있을 뿐 아니라, 분리 전 소재 자체를전해질로 재사용하는 것도 가능함을 보여줌으로써 기존 전해질에서는 구현하기 어려웠던 완전 재활용 전지 시스템을 실증했다. 특히 회수된리튬염은 순도 저하 없이 다시 전지 제조에 활용할 수 있다. 이는 현재까지 보고된 고분자 전해질 기술중에서도 지속가능성과 성능을 동시에 충족하는 의미 있는 성과로 평가된다. 김채빈 부산대교수는 “이번 연구는 차세대 리튬금속전지의 안정성과 지속가능성을 동시에 확보할 수 있는 새로운 가능성을보여줬다. 특히 사용 후에도 재활용 가능한 전해질 기술은 미래 운송과 에너지 산업의 친환경 전환을 앞당길것으로 기대된다”고 말했다. 연구진-왼쪽부터김채빈 최우혁 양미옥 전용하 윤여명. 부산대 제공 이번 연구는부산대 김채빈 교수, 인하대 최우혁 교수가 공동 교신저자, 부산대응용화학공학부 양미옥 석사과정생과 인하대 고분자환경융합공학과 전용하 석사과정생이 공동 제1저자, 부산대 응용화학공학부 윤여명 박사과정생이 공동저자로 수행했다. 한국연구재단과과학기술정보통신부의 지원을 받았다. 해당 연구 결과는 에너지 및 친환경 재료 분야의 저명한 국제 학술지 『저널 오브 머티리얼즈 케미스트리에이(Journal of Materials Chemistry A)』 온라인 8월 20일자에 게재됐으며, 연구의우수성을 인정받아 표지 논문으로 선정됐다.- 논문 제목: Fully recyclable, catalyst-free, highlyadhesive, and resilient poly(β-amino esters) covalentadaptable network-based solid polymer electrolytes for lithium metal batteries(완전 재활용 가능하고 촉매가 필요 없는 강접착성 우수 탄성 폴리(β-아미노에스터) 동적 공유결합 네트워크 기반 고체 고분자 전해질의 개발및 리튬금속전지 적용) - 논문 링크: https://doi.org/10.1039/D5TA03293H출처 : 국제신문(https://www.kookje.co.kr/news2011/asp/newsbody.asp?code=0300 key=20250916.99099004957)

연구진-왼쪽부터김채빈 위정재 정소담 윤여명 문호준 상어 비늘처럼 표면 마찰 줄이는 비행기·선박 어떠세요? 상어가 헤엄치는 모습을 어느 영상에선가 본 적이 있는가. 비늘위로 스치는 빛조차 숨죽인 채, 칼날처럼 미끄러져 가는 속도감이 압도적이다. 실제로 상어는 빠른 경우 시속 70km 이상 헤엄친다. 상어 피부는 미세한 비늘 구조로 돼 있어, 물의 저항이 적어 빠르게나아갈 수 있다. 국내 연구진이 차세대 운송 수단에 적용할 수 있는 상어 피부 모사 소재 개발에 성공했다. 특히 빛을 통해 어떠한 접촉 없이도 형상을 제어하고 고정할 수 있어 전에 없던 획기적 활용이 기대된다. 부산대학교(총장 최재원)는 응용화학공학부 김채빈 교수 연구팀이 한양대 유기나노공학과 위정재 교수 및 동의대 화학공학과 정소담 교수 연구팀과의공동연구로, 자기장과 빛을 이용해 정밀하게 제어할 수 있는 상어 피부 모사 마이크로 구조체 개발에 성공했다고 17일 밝혔다. 자연계 생물들은 고유의 마이크로 구조를 통해 탁월한 기능을 발현한다. 연구팀은 이 가운데 상어 피부의 구조에 주목했다. 상어 피부는 ‘리블렛(riblet)’이라고 하는 단단한 비늘이 교차하고 층층이적층된 구조를 이루고 있어, 유체 저항을 줄이고 빠르게 헤엄칠 수 있게 해준다. 이러한 생체 구조를 모사한 인공 상어 피부를 항공기, 선박등 차세대 운송 수단의 외피에 적용한다면, 마찰 저감을 통해 연료 소모를 획기적으로 줄일 수 있을 것으로보인다. 실제로 1980년 미국항공우주국(NASA) 랭글리연구소는 인공 상어 피부를 비행기 표면에 부착하면 공기 저항을 감소시킬 수 있다고 보고한 바있으며, 이 기술은 이후 연료 절감을 위한 핵심 기술로 지속적인 연구가 이어지고 있다. 하지만 상어 피부의 리블렛 구조는 단순한 나열이 아닌, 미세한비늘이 교차하고 중첩된 3차원 복합 구조를 띠고 있어 기존의 복제 성형(replica molding) 기술로는 정밀한 구현이 매우 어려웠다. 이번 연구에서는 자기장으로 형성된 마이크로 구조체를 빛에 노출해 실시간으로 고정·해제 가능한 혁신적인 재료를 선보였다. 기존 연구에서는 자기장으로 상어 비늘에 해당하는 인공 리블렛을 원하는 방향으로 구부렸어도 자기장을제거하면 원래 형태로 돌아갔다. PDMS(폴리디메틸실록산) 같은유연한 소재를 활용해도, 구조를 고정하기 위해 레진을 함침(含浸)하거나 열과 압력을 가하는 복잡한 후처리 과정이 필요했다. 반면, 이번 연구 소재는 빛을 통해 구조를 고정한 후필요 시 다시 빛과 자기장으로 원상복귀시킬 수 있다. 이를 위해 연구팀은 ‘동적 공유 결합(Dynamic Covalent Bonds) 기반의가교 고분자(CAN, Covalent Adaptable Networks)’를 마이크로 구조체에 적용했다. 특히 빛에 반응해 동적 교환 반응을 일으킬 수 있는 이황화 결합(disulfidebond)을 도입함으로써, 광(光) 자극으로 분자 수준에서 결합 재배열을 구현해 마이크로 구조의 성공적인 형상 제어가 가능하도록 설계했다. 이러한 광반응성 메커니즘은 분자동역학 시뮬레이션을 통해 분자 수준에서 명확하게 규명됐으며, 빛의 세기에 따라 반응 특성이 어떻게 달라지는지도 정밀 분석됐다. 연구 이미지 연구팀은 이황화 결합 기반의 CAN과 자성입자를 혼합한복합재료를 개발했다. 이 소재는 열경화 전 액상의 상태에서 자성 입자를 균일하게 분산시킨 뒤, 자체 개발한 상어 피부 유사 몰드에 주입해 열에 의해 경화된다. 이후외부 자기장을 활용해 자화(磁化) 프로파일을 설계함으로써, 외부 자기장에 반응하는 정밀한 마이크로 구조를 제작할 수 있었다. 제작된 구조는 초기에는 각 리블렛이 수직으로 세워진 형태이나, 자기장을적용시키면 자화된 내부 자성 입자들이 반응해 리블렛들이 누운 상태가 된다. 이 상태에서 빛을 쪼이면굽혀진 구조는 동적 교환반응으로 인해 사슬의 응력을 완화하고 형상을 고정하게 돼 실제 상어피부와 같이 교차로 적층된 구조를 형성하게 된다. 이는 현재까지 보고된 인공 구조 중 실제 상어 피부와 가장 유사한 수준이다. 김채빈 부산대 교수는 “이번 기술은 상어 피부 구조를구현했을 뿐만 아니라, 빛과 자기장을 활용한 지능형 마이크로 구조로 설계해, 향후 에너지 효율화, 스마트 소재,자가 치유 표면 등 다양한 응용 분야로의 적용이 기대된다”고 말했다. 이번 연구는 부산대 김채빈 교수, 한양대 위정재 교수, 동의대 정소담 교수가 공동 교신저자, 부산대 응용화학공학부 윤여명박사과정생과 한양대 문호준 석박사통합과정생이 공동 제1저자, 한양대조웅비 박사후연구원과 동의대 이동욱 석사과정생이 공동저자로 수행했다. 한국연구재단의 지원을 받았다. 해당 연구 결과는 저명한 국제 학술지 『어드밴스드 머티리얼즈(AdvancedMaterials)』 온라인 6월 1일자에 게재됐으며, 연구의 우수성을 인정받아 표지 논문(Front cover)으로 선정됐다. 논문 제목은 Light Fueled In-OperandoShape Reconfiguration, Fixation, and Recovery of Magnetically ActuatedMicrotextured Covalent Adaptable Networks (빛을 이용해 형상 전환과 고정, 복원이 가능한 자성으로 구동되는 동적 공유결합으로 가교된 고분자 기반 마이크로 구조)이다. 저널 표지 논문 이미지 출처 : 부산일보(https://www.busan.com/view/busan/view.php?code=2025091611512492830)

부산대학교·KIST 공동연구팀이 극한 충격 시 에너지를 효과적으로 흡수하는 새로운 고분자 재료의 원리를 규명했다.부산대학교(총장 최재원)는 고분자공학과 이재준 교수 연구팀이 KIST(한국과학기술연구원) 김태안 박사 연구팀과의 공동연구를 통해 금속-리간드 간 분자 결합이 아주 빠르고 강한 충격(고변형률 응력파)을 받으면 금속-리간드의 최대 결합 변형률이 낮은 결합이 선택적으로 끊어지며, 이 과정에서 충격 에너지를 흡수하고 흩어지는 현상을 실험과 시뮬레이션을 통해 입증했다고 7일 밝혔다.해당 연구 결과는 고분자 재료 분야의 권위 있는 국제 학술지 『Polymer Testing』 9월호에 게재됐다. 이 저널은 2024년 기준 Materials Science(재료과학), Characterization Testing(특성화 및 테스트) 분야 1위 및 Elsevier(엘스비어) 상위 1% 저널(JIF Percentile 98.6%)이다.논문 제목: Enhancing Shock Wave Energy Dissipation in Metallosupramolecular Polymer by Tuning Metal-Imidazole Coordination Interactions (금속-이미다졸 배위 조절을 통한 메탈초분자 고분자의 충격파 에너지 소산 성능 향상)이다. 현대사회는 고속 이동체의 확산, 무인항공기와 위성의 상용화, 우주 탐사 임무의 증가, 국가 간 군사적 긴장과 테러 위협 고조 등으로 인해 초고속 충격이나 폭발 상황에 노출되는 빈도가 점차 증가하고 있다. 이러한 환경에서는 106/s 에 달하는 고변형률 응력파(high strain rate stress wave 또는 충격파 shockwave)가 순간적으로 재료에 전달되며, 기계적 손상뿐 아니라 인명 피해, 정보 손실, 시스템 마비 등 복합적 위험을 유발할 수 있다.이에 따라 충격파를 능동적으로 흡수하거나 효과적으로 분산시키는 소재 기술은 미래 사회의 안전과 지속 가능성을 위한 핵심 기술 영역으로 주목받고 있다. 단순한 기계적 강도뿐만 아니라, 극한 응력 하에서 에너지를 소산시키는 ‘스마트한 재료 반응성’이 요구되며, 이번 연구는 바로 이러한 요구에 대한 과학적 해답을 제시하고 있다.연구 이미지연구팀은 고속 충격 환경에서 고분자 내부의 특정 결합, 특히 금속-리간드 간 정사각형 평면 구조(square planar configuration)가 낮은 결합 변형률로 인해 응력에 집중적으로 반응하며 선택적으로 해리(解離)되고, 이 과정이 전체 시스템의 에너지 소산(dissipation)에 결정적인 역할을 한다는 사실을 실험과 계산을 통해 입증했다.이를 위해 레이저 유도 충격파 실험으로 매우 짧은 시간 동안 발생하는 고변형률 응력 환경을 구현하고, 이로 인한 재료 내 분자 구조의 반응을 추적했다. 연구팀은 응력의 경계 조건과 파동의 진행 방향에 따라 금속-리간드 결합 중에서도 리간드가 금속 이온을 중심으로 서로 반대쪽에 위치한 ‘트랜스(trans)’ 형태가 우선적으로 해리되며, 이 해리가 전체 재료 시스템의 에너지 흡수 성능을 향상시킨다는 것을 확인했다.이번 연구의 또 다른 주목할 점은 실험에 활용된 금속-리간드 기반 고분자 재료가 동적 결합의 특성 덕분에 우수한 자가치유(self-healing) 능력과 재공정성(reprocessability)을 동시에 갖춘다는 점이다. 손상 시에도 스스로 회복이 가능하며 새로운 모양의 형태로 재공정이 가능해, 우주 장비, 방탄 보호 소재, 극한 기능성 코팅 등 극한 환경에서 반복적 충격을 견뎌야 하는 응용 분야에서 기존 고분자 재료의 한계를 극복할 수 있을 것으로 기대된다.한편, 충격파는 수 마이크로초 내에 수천 배의 변형률(strain rate)을 유발하기 때문에, 이러한 극한 조건에서 동적 결합의 해리 거동을 예측할 수 있는 계산적 접근이 매우 어려웠다.이에 대해 연구팀은 레이저 유도 충격 실험 데이터를 기반으로 밀도범함수 이론 계산(DFT)을 연계하는 방식으로 해석 프레임워크를 구성했다. 이로써 실제 재료 내부에서 일어나는 결합 해리 현상을 시간·공간적으로 정밀하게 추적할 수 있었으며, 이러한 방식은 향후 금속-리간드 기반 고분자 설계에 실질적이고 재현성 있는 계산 도구로 활용 가능하다는 점에서 학문적·산업적 의미가 크다.이재준 부산대 교수는 “이번 연구는 분자 단위에서 응력파의 영향을 해석하고 재료의 설계로 연결한 실험-계산 통합 사례”라며 “특히 고속 충격 조건에서 변형률 임계점(strain threshold)을 중심으로 설계된 금속-리간드 결합이 고성능 충격흡수재로 기능할 수 있다는 점을 최초로 정량적으로 증명했다”고 설명했다.이번 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 부산대 고분자공학과 조승래(제1저자, 현 KAIST 신소재공학 석사과정) 학부연구생, 이혜미 석사과정생과 제시은 석사과정생, KIST 학생연구원이자 서울대 재료공학부 이주호 박사과정생, 부산대 기계공학과 배수원 교수, KIST 김태안(공동 교신저자) 박사, 연구 책임자 부산대 고분자공학과 이재준(교신저자) 교수가 주도해 수행했다.

연구진 사진. (왼쪽부터) 성동기 교수, 손승모, 정승우.(사진 제공=부산대)| 이코노미사이언스 신지원 기자 | 강하지만 자유롭게 변신 가능한 트랜스포머 로봇, 작게 접어 우주선에 싣고 나가 우주에서 넓게 펼 수 있는 태양광 패널, 자유롭게 접히는 폴더블 폰. 이 모든 것이 가능해 미래 사회를 방불케 하는 ‘종이접기형’ 복합재료가 개발돼 관심이 쏠린다. 부산대학교는 응용화학공학부 성동기 교수 연구팀이 강성과 연성을 동시에 갖춘 ‘종이접기형’ 복합재료를 개발해, 차세대 로봇, 전개형 우주 구조물, 웨어러블 기기 등에 활용 가능한 소재 및 공정 기술을 확보했다고 15일 밝혔다. 강철보다 강하면서 강철의 절반 이하로 가벼운 섬유강화 복합재료는 항공기, 자동차, 풍력발전, 레저용품 등에 사용되고 있지만, 단단한 특성으로 인해 유연성이 필요한 첨단 분야 적용에 한계가 있었다. 연구팀은 이를 극복하기 위해 기존의 단일 고분자만을 적용하는 복합재료를 넘어, 강성(Rigid)과 연성(Flexible)을 선택적으로 구현하는 새로운 복합재료 기술을 제안했다. 연구팀은 두 가지 다른 성질을 가진 고분자 수지를 한 번에 필요한 부위에만 선택적으로 넣을 수 있는 새로운 제조 공정을 개발했다. 이 기술을 ‘다중수지 토출공정(Multi-resin dispensing)’이라고 하는데, 다른 종류의 고분자 수지를 선택적으로 함침해 단단한 수지는 힘을 많이 받는 부위에, 유연한 수지는 접히거나 움직이는 부위에 골라서 넣을 수 있다. 이 공정을 이용해 연구팀은 대표적인 항공용 경량 구조재인 강성의 탄소섬유(Carbon Fiber)와 방탄 소재인 연성의 케블라섬유(Kevlar Fiber)로 일체형 복합재료를 제조했다. 하나의 직물이지만 어떤 부분은 튼튼하고, 어떤 부분은 부드럽게 접히는 일체형 하이브리드 복합재료가 탄생한 것이다. 신규 복합소재는 뛰어난 기계적 물성을 가질 뿐만 아니라, 1000번에 이르는 반복적 접힘과 펼침에도 우수한 내구성을 유지했다. 기존에는 강성과 유연성을 동시에 가지려면 여러 재료를 조립하거나 복잡한 공정을 거쳐야 했다. 하지만 이 기술은 한 번의 공정으로, 한 장의 재료에 ‘기능을 구분해서 넣을 수 있는’ 스마트한 방법이다. 전개 가능한 일체형 복합재료 제조 기술 개발 및 응용 분야 모식도.(사진 제공=부산대) 또한, 고가의 장비나 노동력 없이도 2분 내에 복합재료를 만들 수 있는 대량생산 공정으로 산업에 적용하기가 용이할 것으로 전망된다. 특히 신규 공정을 이용해 삼각기둥형 종이접기 구조물(TCO)을 설계해 자동화 공정으로 제작한 후 반복적인 접힘과 펼침 과정에서도 탁월한 내구성과 안정성을 검증했고, 대량생산이 가능한 고속성형 공정 개발로 다양한 산업으로의 활용 가능성을 보였다. 지금까지 유연성이 뛰어나 소프트 로봇에 적용 가능한 소재나 우수한 강성으로 구조재에 적용하는 소재는 각각 많이 개발돼 왔지만, 이번에 개발된 기술은 강·연성을 하나의 구조에서 동시에 구현하는 복합재료를 대량생산할 수 있는 것으로, 로봇 관절부, 우주항공 전개 구조체, 웨어러블 기기 등 첨단산업 분야에서의 폭넓은 활용이 기대된다. 성동기 교수는 “이번 연구는 이종섬유 적층 설계, 다중 고분자의 선택적 토출 공정과 종이접기 구조를 융합해 항공기 수준의 강성을 가지면서도 자유롭게 접고 펴는 전개가 가능한 일체형 복합재료를 수월하게 제조하는 기술을 처음 제안한 것"이라며 "영화에서 보던 트랜스포머 로봇이나 태양광 돛 우주선 등을 구현할 수 있는 핵심기술로 발전할 수 있다”고 말했다. 이번 연구는 부산대 응용화학공학부 고분자복합재료연구실의 독자적인 연구로, 성동기 교수가 교신저자, 손승모 박사과정생이 제1저자, 정승우 석사과정생이 공동저자로 수행했다. 해당 성과는 국제 학술지 '컴퍼지트스 파트 비: 엔지니어링(Composites Part B: Engineering)' 2025년 10월호에 게재됐다. 출처 : 이코노미사이언스(https://www.e-science.co.kr)

본 학과에서 주관하는 The 9th Asian Symposium on Advanced Materials [ASAM-9]을 안내하오니 많은 관심 부탁드립니다.- 홈페이지: https://the9thasam.wixsite.com/asam-9

기사링크: https://n.news.naver.com/mnews/article/366/0001049342?sid=105열 받으면 늘어나는 섬유 나왔다…스마트 의류에 적용부산대 연구진 “온도 상승하면 변형률 30% 이상으로 늘어나”안석균 부산대 교수 연구진이 세계 최초로 열 자극에 의해 자발적이고 가역적으로 길이가 늘어날 수 있는 형상변형섬유를 만드는 데 성공했다./한국연구재단국내 연구진이 열을 가하면 수축하는 게 아니라 오히려 30% 이상 늘어나는 ‘자가 신장 스마트섬유’를 개발했다. 액체와 고체의 중간상태인 액정탄성체를 섬유화한 것으로 스마트 의류뿐 아니라 소프트 로봇과 같은 분야에도 적용할 수 있을 것으로 예상된다.한국연구재단은 안석균 부산대 교수 연구진이 세계 최초로 열 자극에 의해 길이가 늘어날 수 있는 형상변형섬유를 만드는 데 성공했다고 23일 밝혔다. 형상변형섬유는 열, 빛, 수분과 같은 외부자극에 따라 길이 또는 형태가 바뀌는 섬유를 말한다.고온에서 의류를 세탁, 건조하면 줄어드는 것처럼 대부분의 고분자 섬유도 열을 가하면 수축한다. 이런 열 감응성 수축을 활용한 형상변형섬유가 스마트 의류, 촉각을 전달하는 햅틱 장치 등에 쓰이고 있다. 다만 현재까지 보고된 많은 형상변형섬유는 수축 변형에만 그쳐서 활용도가 제한적이었다. 열에 의해 길이가 늘어나는 섬유는 만들기 어려워 도전과제로 여겨져 왔다.연구진은 스멕틱 액정탄성체의 독특한 분자정렬 특성을 활용해 열을 가했을 때 스스로 늘어나는 형상 변형을 유도했다. 스멕틱 액정은 길쭉한 액정분자가 규칙적으로 배열해 층을 이룬 구조를 띠는 형태다. 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.안석균 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.참고 자료Science Advances(2025), DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.adt7613관련영상 [Youtube/YTN사이언스] https://www.youtube.com/watch?v=XnbvlVlME7g

기사링크: https://n.news.naver.com/mnews/article/082/0001308792?sid=102 부산대, 온도 따라 온·오프 가능한 스마트 점착제 개발 성공부산대학교(총장 최재원)는 응용화학공학부 안석균 교수 연구팀이 온도에 따라 접착력을 온·오프할 수 있는 스마트 감압성 점착제 개발에 성공했다고 22일 밝혔다.‘감압성 점착제’는 압력만으로 접착을 형성하는 비반응성 접착제로, 라벨, 포스트잇 등과 같은 일상적인 접착 제품뿐만 아니라 반도체 및 디스플레이용 보호 필름 등 첨단 기술 분야에도 널리 활용된다.특히 ‘고기능성 점착제’는 기판의 재활용성과 사용자의 편리성을 고려해 반복적인 접착과 탈착이 가능하거나, 특정 조건에서 접착력을 변화시키는 기능을 갖추는 것이 필수적이다.그러나 기존 고기능성 점착제는 화학적 기능성을 부여하거나 표면 지형(topography)을 변화시켜 접착력을 조절하는 방식이었으며, 이는 복잡한 공정과 처리과정을 요구하는 단점이 있었다. 또한 반복사용에 따라 접착력이 약해지거나 불규칙하게 변동하는 한계도 존재했다.이를 해결하기 위해 최근 학계에서는 액정 탄성체 기반 감압성 점착제 연구에 주목하고 있다. 액정 탄성체는 외부 충격 시 액정 분자들이 회전할 수 있는 특성 덕분에 우수한 댐핑(damping)효과를 나타낼 수 있으며, 이러한 댐핑특성은 접착 성능과 밀접한 관련이 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 기존 연구는 공유 결합으로 연결된 가교점으로 구성된 액정 탄성체에만 초점이 맞춰져 있었으며, 이로 인해 접착력 향상에 근본적인 한계를 초래했다.이에 부산대 연구팀은 액정 탄성체에 ‘폴리로탁산’이라는 물질을 가교제로 도입해 새로운 개념의 액정 탄성체를 최초로 개발했다. 폴리로탁산은 고리 형태의 분자로 구성된 초분자(supramolecule) 물질로, 외부 힘이 가해지면 고리 분자가 사슬을 따라 이동하며 힘을 분산시키는 독특한 특성을 가진다. 이러한 움직임은 가교점에서 발생하는 응력 집중을 효과적으로 완화하고, 점착제 내부에서 에너지를 효율적으로 소산시키는 역할을 한다.결과적으로 이러한 동적 가교점이 도입된 폴리로탁산 액정 탄성체는 외부 힘을 받았을 때 가교점이 자유롭게 움직일 수 있는 구조적 특성 덕분에 기존 액정 탄성체보다 뛰어난 댐핑 효과를 발휘한다. 연구팀이 개발한 점착제는 이러한 특성을 바탕으로 상온에서 기존 액정 탄성체 대비 3.5배, 기존 상용 점착제 대비 13배 우수한 접착강도를 구현했다.또한 액정 탄성체의 온도에 따른 상전이 변화를 활용해 접착력을 가역적으로 조절할 수 있는 혁신적인 방법을 제시했다. 연구팀은 상온에서 약 2kg의 아령을 지탱할 수 있는 접착력을 제공하며, 고온(100℃)에서는 접착력이 0으로 감소해 기판에서 완벽하게 탈착할 수 있음을 확인했다. 이러한 특성 덕분에 점착제는 반복사용에도 안정적인 접착 성능을 유지할 수 있었다.연구책임을 맡은 안석균 부산대 교수는 “이번 연구를 통해 개발한 댐핑기반 액정 탄성체 점착제는 기존 상용 점착제를 뛰어넘는 접착 성능을 제공할 뿐만 아니라 외부자극에 의해 접착력을 가역적으로 변경할 수 있다는 점에서 혁신적”이라고 설명했다.이어 “이러한 특성 덕분에 액정 탄성체는 차세대 점착제 기술의 유망한 후보물질로 자리잡을 수 있으며 특히 반도체 제조 및 디스플레이 공정처럼 접착과 탈착이 반복적으로 요구되는 첨단 산업 분야에서의 응용 가능성을 크게 열어줄 것”이라고 덧붙였다.해당 연구 성과는 소재 분야의 세계적인 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’ 1월 15일자에 게재됐다.△논문 제목: 폴리로탁산이 도입된 액정 탄성체의 극한 내부 댐핑을 활용한 감압성 점착제 개발 (Harnessing Extreme Internal Damping in Polyrotaxane-Incorporated Liquid Crystal Elastomers for Pressure-Sensitive Adhesives)이번 연구는 과학기술정보통신부의 한국연구재단 중견연구자지원사업과 나노소재기술개발사업의 지원을 받아 부산대 응용화학공학부 석박사통합과정의 최수비 연구원(제1저자)과 연구책임자인 안석균 교수(교신저자)의 주도 하에 진행됐으며, 고려대 신소재공학부 서지훈 교수 연구팀, 영국 캠브리지 대학의 Mohand Saed 박사 및 Eugene Terentjev 교수 연구팀과의 공동연구로 수행됐다.