연구성과

POSTECH 임근배 교수 조성진씨 팀, 3배 이상 늘어나는 초소수성 방수투습막 세계 최초 개발

2013-11-04836

‘연잎’을 모방하니, 고어텍스보다 똑똑한 방수투습섬유 “되네”
POSTECH 임근배 교수 조성진씨 팀, 3배 이상 늘어나는 초소수성 방수투습막 세계 최초 개발

최근 아웃도어 의류 열풍이 불면서 습기는 내보내고 물은 침투하지 못하게 하는 ‘고어텍스(Gore-Tex)’로 만든 고가의 의류들이 큰 인기를 끌고 있다. 고어텍스는 미국 고어사가 개발한 원단으로 우리나라에서는 ‘등산복=고어텍스’로 통할정도로 많이 활용되고 있지만 수입원단인 까닭에 지나치게 비싼 가격으로 가격거품 논란도 일으키고 있다. 또 고어텍스원단 특성상 세탁이 쉽지않아 관리 역시 어려운점으로 손꼽히고 있다.
이런 상황에서 국내 연구진이 ‘연잎효과’¹*를 응용해 물방울만 떨어뜨리면 표면에 붙은 먼지까지 닦아내는 ‘자가세정’ 기능을 갖춘것은 물론, 세탁까지 자유자재로 할 수 있는 ‘똑똑한’ 방수투습막을 개발해 눈길을 모은다.

POSTECH 기계공학과 임근배교수․조성진씨 연구팀은 연잎효과를 응용, 섬유구조물과 나노구조체를 이용해 원래 길이에서 3배이상 늘려도 그 성질이 그대로 유지되는 초소수성 가스투과막을 개발하는데 성공했다.
올 초 삼성휴먼테크논문대상에서 금상을 수상했을 뿐 아니라 세계적인 저널 인 어드밴스드 펑셔널 머터리얼스(Advanced Functional Materials) 표지논문으로도 선정되며 그 성과에 대해서도 학계의 관심이 높다.

연구팀은 전기방사(electrospinning)²*라는 간단한 나노섬유제작방법을 이용해 폴리우레탄을 만들고, 그 표면에 자기조립(self-assembly) 방식을 이용해 폴리아닐린(polyaniline) 나노구조물을 균일하게 형성시켰다. 이구조물에는 미세하고 균일한금(crack)이 가도록 했는데, 이금과 나노구조 덕분에 고어텍스와는 달리 3배이상 늘려도, 또 1,000번이상의 반복실험에서도 그 성질이 유지 된다는 사실도 연구팀은 밝혀냈다. 이러한 공정은 다른 섬유나 방수 투습막과는 달리 진공이나 고온설정, 정밀기계장비가 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 뿐 아니라, 연잎효과를 응용한자가세정기능까지 있어 훨씬 다양한 활동성 의류에 적용할 수 있다. 만약 이 새로운 막이 방수투습원단시장의 대부분을 차지하고 있는 고어텍스를 대체하게 된다면 아웃도어 시장에 큰 변화를 가져올 것으로 기대를 모은다.

또, 기체는 물론 미세입자, 음파를 선택적으로 투과 시킬 수 있어 방수처리와 신축성이 반드시 필요한 입는 컴퓨터는 물론 구부릴 수 있는 플렉서블 디스플레이, 가스 분리막, 기능성 마스크등 다양한 응용이 가능해 산업적으로 파급효과도 클 것으로 평가된다.

연구팀은 이와 함께 이 막위에 물방울을 떨어뜨렸을때 물방울이 깨지지 않고 물방울 모양 그대로 남아 있다는 사실을 유체학적으로 분석, ‘파편화 저감효과’도 학계에 새롭게 보고하기도 했다.
연구의 제 1 저자인 조성진씨는 “이번 연구성과는 다른 연잎효과를 응용한 것과 달리 가스나 습기를 투과할 수 있는 새로운 개념의 신축성 표면으로 신축성도 크게 증가됐을뿐 아니라 반복된 실험에서도 그 성능을 잃지 않는데다 공정도 간단해 향후 상용화 가능성이 높은 것으로 평가되고 있다”고 설명했다.

한편, 이번 성과는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견 연구자 지원사업의 지원으로 수행되었다.


1. 연잎효과(lotus effect)
연잎표면에는 눈에 보이지 않는 마이크로(micro), 나노(nano) 스케일의 미세한 돌기가 퍼져있어 물이 달라 붙지 않아 연잎효과라 불리는 자가세정(self-cleaning)을 갖고 있다. 이러한 연잎효과 연구에 있어 가장 어려운 점은 안정적이고 튼튼한 구조물을 제작하는 것으로 알려져 있다.

2. 전기방사 (electrospinning)
전기 방사란 용매에 물질을 녹인 후 고전압을 인가하여 손쉽고 빠르게 나노미터 스케일의 섬유를 연속적으로 제작하는 방법이다. 기존의 나노 섬유 제작 방법에 비해 고가/대규모 장비가 필요하지 않은 혁신적 제작 방법으로 필터, 생체 재생용 지지체, 센서등 다양한 분야에 응용되고 있다.