엄영호 유기나노공학과 교수가 부경대 김대석 고분자공학전공 교수 연구팀과 협력해 당기면 색이 변하고 높은 회복 탄력성을 갖춘 첨단 섬유 소재를 개발했다. 이는 외부 기계적인 힘에 의해 나노구조가 변하며, 반사되는 색이 달라지는 엘라스토머(Cholesteric Liquid Crystal Elastomer, CLCE) 기반 메카노 변색 섬유이다.

메카노 변색은 시각적으로 즉각 인지할 수 있고, 전력 없이도 반영구적 사용이 가능해 산업계에서 무전력 시각 센서로 주목받고 있다. 특히 기존 CLCE 소재의 한계를 극복한 이번 연구 성과는 스포츠웨어, 모빌리티, 우주항공 등 초고속 환경에서 활용 가능성을 열었다. 연구를 주도한 엄 교수를 만나 연구의 주요 내용과 의미에 대해 이야기를 나눴다.

엄 교수는 이번 연구에 대해 “메카노 변색 섬유는 단순히 당기는 것만으로 색이 변하는 신개념 기능성 섬유다”며 “김대석 교수 연구팀이 개발한 메카노 변색 원료 합성 기술과 우리 연구팀의 섬유 제조 기술이 결합된 결과다”고 설명했다. 기존 변색 섬유는 전기적, 열적 자극에 의해 색이 변했지만, 이번에 개발된 섬유는 물리적 변형을 통해 색이 변하므로 인체 및 기계의 움직임을 감지하는 센서로 활용할 수 있다.

엘라스토머(CLCE)는 내부 분자들이 나선형으로 배열된 고분자로, 배열 변화에 따라 색이 바뀌는 특성이 있어 자극 감응형 소재로 주목받고 있다. 그러나 CLCE 소재는 기계적 강도가 약하고, 변색 후 원래 색으로 돌아오는 데 시간이 오래 걸리는 한계가 있었다.

이에 엄 교수는 “탄성이 뛰어난 폴리우레탄 섬유를 중심부로 활용하고, 표면에 CLCE를 코팅한 ‘시스-코어(sheath-core) 구조’로 해결했다”고 밝혔다. 내부에는 기계적 탄성력을 높여주는 범용 폴리우레탄을 사용하고, 표면에는 CLCE를 코팅해 변색 기능을 유지하면서도 기계적 강도를 높였다. 이를 통해 메카노 변색 섬유의 회복탄력성이 획기적으로 향상됐다.

엄 교수는 해당 섬유가 다양한 산업에 적용될 수 있다고 전망했다. 그는 “메카노 변색 섬유는 전력이 필요하지 않으면서 동시에 움직임을 감지할 수 있어, 인체 움직임을 감지하는 기능성 의류에 적용할 수 있다"며 "특수목적용 아웃도어 및 스포츠 용품, 재난방지용 장비, 산업설비 및 건축물의 노후화 감지 센서 등으로 활용 가능성이 높다"고 말했다. 또한 "최근 우주인의 움직임을 실시간으로 시각화하는 우주복 개발 프로젝트에도 활용할 수 있을 것이다”고 덧붙였다.

이번 연구는 엄 교수와 김 교수의 가벼운 대화에서 시작됐다. 그는 “브레인스토밍 중 흥미로운 아이디어가 나왔고, 호기심에서 시작한 연구가 좋은 결과를 가져왔다"고 말했다. 이 연구는 세계적인 학술지 <Nature Communications>에 게재됐다. 그는 "연구를 진행하면서 작은 실험에서도 큰 가능성을 발견할 수 있다는 점을 다시 한번 깨닫게 됐다"고 말했다.

현재 엄 교수는 CLCE의 한계를 극복한 고성능 메카노 변색 섬유 개발처럼 ‘극한성능 고분자 소재 개발’에 집중하고 있다. 그는 “우주환경에서도 버틸 수 있는 고분자, 완전 천연물질로 만든 자동차 내장재와 반도체 패키징용 초저유전 고분자 소재 등 다양한 연구를 수행 중이다”며 “앞으로도 산업적 기여를 할 수 있는 연구에 집중할 계획이다”고 밝혔다.

본교에서 학사부터 박사 학위를 모두 마치고 연구자가 된 엄 교수는 "훌륭한 제자이자 후배들을 많이 양성하는 것이 가장 큰 목표다"며 말했다. 이어 그는 “나 역시 실패를 통해 자신감을 얻었다"며 "실패를 두려워하지 말고 스스로 선택하고 판단하는 경험을 쌓길 바란다”고 한양인에게 마지막 말을 남겼다.

엄 정수근 토토사이트의 연구는 소재 과학의 새로운 가능성을 제시하며, 다양한 산업 분야에 실질적인 영향을 미칠 것으로 기대된다.