깨진 액정을 스스로 고치는 스마트폰이 나올 수 있게 됐다. 자가 복원 기능을 갖춘 디스플레이 소재가 나온 덕분이다.
투명 폴리이미드(CPI)는 기계적, 전기적, 화학적 물성을 지닌다. 유리처럼 투명하면서 강도가 세다 보니 수십만 번 접어도 흠집이 나지 않는다. 폴더블이나 플렉서블 디스플레이 등을 탑재한 모바일 제품에서 활용되는 이유다. 항공우주나 태양전지 등의 산업 전반에도 활용도가 높다.
KIST-연세대 공동연구팀은 이같은 투명 CPI 장점을 유지하면서 내구성을 높이고자 식물 일종인 아마 씨에서 추출한 아마인유(Linseed oil)를 활용했다. 아마인유는 상온(25℃)에서 쉽게 경화하는 특성이 있어 투명 CPI가 여러 환경에서 균열이나 손상 기능을 능동적으로 복원할 수 있도록 돕는다.
KIST 연구진은 아마인유를 담은 마이크로캡슐을 제조한 후 실리콘과 섞어 투명 CPI 위에 보호층을 만들었다. 손상이 생기면 터진 마이크로캡슐에서 아마인유가 흘러나와 손상 부분으로 이동, 경화돼 스스로 복원하게 된다.
KIST 연구진은 이같은 자가 치유 기능이 복원 범위를 제한하지 않기에 장점이라고 밝혔다. 과거 자가 복원 기능은 부드러운 소재에서 뜨거운 열을 가해야만 활성화가 가능했다. 이번에는 단단한 소재에 상온에서도 스스로 복원되는 기능을 갖췄다. 습도, 자외선에 반응해 치유 속도를 높일 수도 있다. 최대 20분 이내 손상의 95% 이상이 복원된다.
정용채 센터장은 "손상된 고분자 소재의 물성과 수명을 근원적으로 해결할 수 있는 자가복원 투명 CPI를 제조했다"며 "유연 디스플레이 및 전자 재료 기기 등 소재의 응용 범위를 제시했다는 데 의의가 있다. 향후 향상된 물성을 위해 추가적인 구조를 검토하고 응용 범위를 확대할 예정이다"라고 덧붙였다.
본 연구는 과학기술정보통신부 지원 아래 KIST 주요 사업으로 수행됐다. 연구 결과는 재료과학 및 복합소재 분야 국제저널인 ‘Composite Part B: Engineering(JCR 분야 상위 1.67%)’ 최신 호에 게재됐다.
김평화 기자 peaceit@chosunbiz.com