임근배(기계) 교수-조성진(기계 박사과정)씨 연구팀이 연잎효과를 응용한 나노섬유구조물을 이용해, 원래 길이에서 3배 이상 늘려도 성질이 그대로 유지되는 초소수성 가스투과막을 개발하는 데 성공했다. 본 연구성과는 올해 초 삼성휴먼테크 논문대상에서 금상을 수상했을 뿐만 아니라, 세계적 저널인 <Advanced Functional Materials>의 표지논문으로도 선정되어 학계의 관심이 고조되고 있다. 더불어 연구팀은 이 막 위에 물방울을 떨어뜨렸을 때 물방울이 깨지지 않고 물방울 모양 그대로 남아있는 현상을 유체역학적으로 분석한 ‘파편화 저감 효과’도 학계에 새롭게 보고했다.
연구팀은 전기 방사(electrospinning)라는 간단한 나노섬유 제작방법을 이용해 폴리우레탄을 만들고, 그 표면에 자기조립 방식을 이용해 폴리아닐린 나노구조물을 균일하게 형성시켰다. 이 구조물에는 미세하고 균일한 금(crack)이 가도록 했는데, 이 금과 나노 구조 덕분에 고어텍스와는 달리 3배 이상 늘려도, 또 1,000번 이상의 반복실험에서도 그 성질이 유지된다는 사실도 연구팀은 밝혀냈다. 이러한 공정은 다른 섬유나 방수투습막과는 달리 진공이나 고온 설정, 정밀 기계 장비가 필요치 않아 훨씬 경제적인 공정기술을 자랑한다.
이렇게 만들어진 섬유는 최대 인장율이 300%로, 최대 인장율이 9%에 불과한 고어텍스보다 잘 늘어나고 세탁도 간편하다는 장점을 갖췄을 뿐만 아니라 연잎효과를 응용한 자가 세정 기능까지 있어 훨씬 다양한 활동성 의류에 적용할 수 있다. 만약 이 새로운 막이 방수투습 원단 시장의 대부분을 차지하고 있는 고어텍스를 대체한다면 아웃도어룩 시장에 큰 변화를 가져올 것으로 기대를 모은다.
또한 이 섬유는 기체는 물론 미세입자, 음파를 선택적으로 투과시킬 수 있어, 방수처리와 신축성이 반드시 필요한 ‘입는 컴퓨터’를 비롯한 플렉서블 디스플레이, 가스분리막, 기능성 마스크 등 다양한 응용이 가능해 산업적으로 파급효과도 클 것으로 평가된다.
논문의 제1저자인 조성진씨는 “이번 연구성과는 다른 연잎효과를 응용한 것과 달리 가스나 습기를 투과할 수 있는 새로운 개념의 신축성 표면으로, 신축성도 크게 증가됐을 뿐 아니라 반복된 실험에서도 그 성능을 잃지 않고 공정도 간단해 향후 상용화 가능성이 높은 것으로 평가되고 있다”라고 설명했다.
한편, 이번 성과는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업의 지원으로 수행되었다.