[이데일리 김응열 기자] 한양대가 외부 충격에도 쉽게 찢어지지 않으면서 손상된 부위를 스스로 회복하는 고강도 이온겔을 개발했다. 차세대 웨어러블 전자기기와 소프트 로봇, 바이오전자 시스템 등에 활용될 것으로 기대된다.

한양대는 김도환 화학공학과 교수 연구팀이 고강도 자가치유 이온겔을 개발했다고 5일 밝혔다.

이온겔은 고분자 네트워크에 이온성 액체를 함침시킨 소재다. 유연하면서도 이온전도성을 갖춰 웨어러블 전자피부와 소프트 로봇의 핵심 소재로 주목받고 있다. 그러나 기계적 강도를 높이기 위해 고분자 사슬을 촘촘하게 가교하면 사슬의 움직임이 억제돼 손상 부위가 스스로 회복되는 자가치유 능력이 떨어진다. 반대로 자가치유 성능이 우수한 부드러운 이온겔은 외부 충격에 쉽게 찢어지는 구조적 한계가 있었다.

이를 극복하기 위해 연구팀은 양쪽성 이온 곁사슬을 단순한 이온 전달 성분이 아닌 고분자 내부 구조와 이온성 액체의 분포를 함께 조절하는 핵심 설계 요소로 활용했다. 이를 토대로 양쪽성 이온이 이온성 액체의 분포를 조절해 단단한 고분자 영역인 하드 세그먼트의 응집 구조를 유지하도록 했다. 또 외부 자극 없이 상온에서도 손상 부위가 스스로 회복되도록 했다.

그 결과 연구팀이 개발한 이온겔은 10.4MPa의 인장강도와 1600%의 신축성, 56MJ/m³의 인성을 기록했다. 아울러 외부 열이나 빛 등의 자극 없이도 83% 이상의 자가치유 효율을 달성했다. 기존 이온겔에서 양립하기 어려웠던 기계적 강인성과 자가치유 성능을 동시에 구현했다.

연구팀은 향후 장시간 반복 사용과 손상 후 기능 복원이 필요한 차세대 웨어러블 전자기기와 인간-기계 인터페이스, 소프트 로봇, 바이오전자 시스템 등으로 기술을 확장할 계획이다.

김 교수는 “기계적 강인함과 동적 기능성을 함께 구현할 수 있는 설계 원리를 제시했다”고 설명했다.