서강대 화공생명공학과 박제영 교수 연구팀이 인하대 오동엽 교수, 경희대 황성연 교수 연구팀과 공동연구를 통하여 200ppm(약 0.02%)의 극소량 나노섬유 네트워크로 액체를 단단하게 굳힐 수 있는 나노 소재를 개발하였다.

 

연구팀은 방탄복 제작에 사용되는 고강도 섬유인 케블라에서 특별한 나노섬유 소재를 추출하는 데 성공했다. 1g의 케블라 나노섬유 네크워크는 물, 카보네이트계 액체 전해질, 화장품용 오일 등 다양한 액체를 최대 5ℓ까지 굳힐 수 있다. 케블라 나노섬유는 건축물 철근과 같은 역할을 해 젤을 구조적으로 지지하기 때문이다. 첨가되는 양도 매우 적어 이온 등 내부 물질의 확산 속도가 순수 액체와 비교했을 때 차이가 거의 없다.

 

케블라 나노섬유를 첨가해 만든 수화젤(물에 첨가제를 넣어 만든 젤)은 뛰어난 기계적 강도를 가진다. 수화젤은 2kg의 하중에도 무너지지 않고 견딜 수 있으며 1만 번 반복적으로 찌그러뜨렸을 때도 본래 모양을 회복했다. 100℃에서 끓여도 망가지지 않는 등 열 안정성도 입증했다.

 

이러한 케블라 나노섬유는 극소량의 첨가제를 사용해 액체를 단단한 고체로 만드는 핵심 재료 기술로 고체 전해질뿐 아니라 인공 관절 제조와 사막 지역에서 식물을 재배하기 위한 수분 보유 재료 개발 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.

 

연구 결과는 재료분야의 국제 저명 학술지인 Nature Materials (Impact Factor: 41.2)에 ‘Network of cyano-p-aramid nanofibres creates ultrastiff and water-rich hydrospongels’ 제목으로 게재되었고, Nature 출판사의 연구 하이라이트 코너에서 소개되었다.

 

 

 

 

▲ (가)  케블라 나노섬유 구조를 나타내는 3D 그래픽 사진 (나)  200ppm 및 1,000ppm 첨가로 물(액체)을 고체화 (수화젤). (다) 2kg의 하중을 견디는 수화젤. (라) 끓는 물 (100도씨)를 견디는 수화젤.

 

 

 

▲ 수화젤을 20% 찌그러뜨리고 원래 크기를 반복적으로 회복함

 

 

▲ Nature 출판사 연구 하이라이트 코너에 소개됨

 

 

(1) 연구실 홈페이지: https://sites.google.com/view/jyp-plastic-research/

(2) 논문 링크: https://doi.org/10.1038/s41563-023-01760-5

(3) Nature Research Highlight: https://www.nature.com/articles/d41586-024-00004-z