고분자공학과

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열 받으면 늘어나는 섬유 나왔다…스마트 의류에 적용

부산대 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./한국연구재단

국내 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 자료
Science Advances(2025), DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.adt7613

관련영상 [Youtube/YTN사이언스] 

https://www.youtube.com/watch?v=XnbvlVlME7g