[녹색경제신문 = 이지웅 기자] 강성훈 카이스트 신소재공학과 교수 연구팀이 존스홉킨스 대학, 조지아 공과대학과 공동연구를 통해 반복적으로 사용할수록 더욱 강해지는 신소재를 개발했다.

연구팀은 기존의 재료가 반복적으로 사용할수록 성능이 저하되는 문제를 해결하고자 뼈가 운동과 같이 응력이 가해졌을 때 세포의 작용에 의해 미네랄을 형성해서 더욱 강해지는 특성에 주목했다. 

연구팀은 세포의 작용을 대체하기 위해서 힘을 많이 가할수록 더 많은 전하를 생성하는 다공성 압전 바탕재를 만든 후, 그 안에 피와 유사한 미네랄 성분을 갖는 전해질을 넣은 복합재료를 합성했다.

해당 재료에 주기적인 힘을 가한 후 재료의 물성 변화를 측정한 결과, 응력의 빈도와 크기에 비례해서 재료의 강성이 향상되고 아울러 에너지 소산 능력도 향상되는 결과가 도출됐다.

반복적인 응력에 의해 다공성 재료 내부에 미네랄이 형성되고, 커다란 힘이 가해졌을 때는 파괴되면서 에너지를 소산시킨다. 이 때 다시 반복적인 응력을 가하면 미네랄이 재형성된다. 이 같은 현상을 마이크로 CT를 이용한 내부 구조 촬영을 통해 밝혀냈다. 기존의 재료들이 반복적으로 사용할수록 강성과 충격 흡수 능력이 감소되는 것과 달리 사용할수록 강성과 충격 흡수 능력이 동시에 향상되는 특성이 나왔다.

해당 재료는 가해지는 응력의 크기와 빈도에 비례해서 특성이 향상된다. 구조물의 용도에 적합한 기계적 물성 분포를 갖도록 자가 조정이 가능한 동시에 자가 치유 능력을 갖고 있다.

강성훈 교수는 “이번 연구를 통해서 개발된 신소재는 기존 재료에 비해 반복적으로 사용할수록 강성과 충격 흡수가 잘되는 특성을 가진다”며 “이에 인공 관절 뿐만 아니라, 항공기, 선박, 자동차, 구조물 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대된다”라고 말했다.

한국연구재단 해외우수과학자유치사업 (Brain Pool Plus)의 지원을 받은 이번 연구는 존스홉킨스대학 극한재료연구소, 조지아 공과대학과 공동연구로 수행됐다.