국내 연구진이 기계적·화학적 물성이 우수해 스마트폰 액정 보호 등에 사용되는 투명 폴리이미드(CPI) 필름에 자가치유 기능이 있는 고분자(PDMS)를 얇게 코팅해 20분 안에 손상을 90% 이상 스스로 복구할 수 있는 액정보호막 소재를 개발했다.
한국과학기술연구원(KIST)은 19일 구조용복합소재연구센터 정용채 센터장팀과 연세대 화공생명공학과 한학수 교수팀이 공동연구로 아마씨(linseed)에서 수출한 아마인유가 담긴 마이크로캡슐을 이용해 소재에 발생한 균열이나 손상된 기능을 스스로 복원할 수 있는 자가치유 투명 전자소재를 개발했다고 밝혔다.
기계적, 전기적, 화학적 물성이 우수한 투명 폴리이미드(CPI)는 투명하고 강도가 강하면서 수십만 번 접어도 흠집이 나지 않아 폴더블, 플렉서블 디스플레이 등 모바일 제품은 물론 항공우주, 태양전지 등 산업 전반에 활용된다.
특히 스마트폰 액정보호막으로 많이 사용되는 CPI는 긁힘과 균열 등 손상이 생기는 경우가 많아 첨가제 등을 이용해 내구성을 높이고 손상을 스스로 복원하는 기능을 부여하려는 연구가 진행되고 있다.
연구팀은 이 연구에서 식물성 기름인 아마인유가 담긴 지름 100㎛(100만분의 1ｍ)의 마이크로캡슐로 만들고, 이를 투명 고분자(PDMS)에 섞어 CPI에 300㎛ 두께로 코팅, 온도, 습도, 자외선 등에 반응하면서 스스로 손상을 복구하는 액정보호막을 개발했다.
아마인유는 상온(25℃)에서 쉽게 굳는 특성이 있어 그림 보존용 코팅 물질로도 많이 사용된다. 아마인유가 담긴 마이크로캡슐이 포함된 PDMS 박막에 긁힘이나 균열 등 손상이 생기면 마이크로캡슐이 터져 아마인유가 흘러나오면서 국소적인 손상에서 국부적인 손상까지 복원할 수 있다고 연구팀은 설명했다.
이 자가치유 액정보호막은 온도와 습도, 자외선(UV) 등의 조건에 따라 손상 복원 속도가 달라지며, 온도를 70℃로 높이거나 습도를 70%로 높이면 복원 속도가 상온에서보다 빨라지는 것으로 나타났다.
연구팀이 아마인유 마이크로캡슐 함량을 PDMS의 5% 수준으로 조절해 자가치유 액정보호막을 제작하고 자외선을 이용해 손상 복원 실험을 한 결과, 20분 안에 손상의 91%가 복원되고 투명도도 70% 이상으로 유지되는 것으로 확인됐다.
정용채 센터장은 “자가치유 기능이 있는 PDMS를 개발하고 이를 투명 폴리이미드 필름과 결합해 자가복원 투명 폴리이미드를 만들었다”며 “앞으로 투명 폴리이미드 자체가 자가치유 기능을 갖도록 개발하고 더 향상된 물성을 확보해 응용범위를 확대할 예정”이라고 말했다.
이 연구 결과는 재료과학·복합소재 분야 국제학술지 ‘복합재료 파트 B : 공학'(Composite Part B: Engineering) 최신호에 게재됐다.