[이데일리 신하영 기자] 한양대 연구팀이 방사선 환경에서 고분자 소재의 내부 구조 변화와 기계적 물성을 종합적으로 분석하는 ‘다중 스케일 물성 평가 체계’를 구축했다.

한양대는 엄영호 유기나노공학과 교수팀이 전형민 충남대 교수팀, 한국원자력연구원 이재기 박사팀과의 공동연구에서 이러한 성과를 거뒀다고 19일 밝혔다.

우주와 같은 극한 방사선 환경에서는 고분자 소재 표면에 균열·손상이 나타나지 않더라도 내부 분자구조에서는 미세한 변화가 발생할 수 있다. 이러한 변화는 소재의 성능과 내구성에 영향을 미친다.

문제는 기존의 표면 관찰이나 물성 평가만으로는 이를 정확하게 파악하기 어렵다는 한계가 있었다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 소재의 외관부터 미세구조, 나노미터 이하의 분자 배열, 화학적 결합 및 기계적 물성에 이르기까지 서로 다른 영역의 변화를 연계해 분석하는 다중 스케일 평가 체계를 도입했다. 이를 통해 기존의 개별 분석만으로는 확인하기 어려웠던 방사선에 의한 구조 변화와 열화 메커니즘을 분석했다.

분석 결과 연구팀은 고분자 소재가 방사선 조사량에 따라 일방적으로 성능이 저하되는 것이 아니라 약 2.1 MGy(메가그레이)를 전후해 열화 양상이 달라진다는 사실을 규명했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원을 받아 수행했으며, 한양대 한민정 박사후연구원과 김기수 석사과정생, 충남대 김경준 석·박사통합과정생, 한국원자력연구원 정영수 박사가 공동 제1 저자로 참여했다. 연구 결과는 저명 국제학술지(Polymer Testing)에 게재됐다.

엄영호 교수는 “이번 연구는 고분자 소재의 방사선 열화를 단순한 물성 저하가 아닌, 분자구조의 변화와 재구성 과정으로 이해할 수 있는 분석 체계를 마련했다는 점에서 의미가 있다”며 “향후 다양한 고분자 소재와 극한 방사선 환경으로 평가 체계를 확장해 우주항공 및 원자력 분야의 소재 신뢰성 확보에 기여하고자 한다”고 말했다.