[연구자명]

우서현

[주요연구내용 요약]

스마트 섬유 전자공학은 웨어러블 기기, 건강 모니터링, 소프트 로봇공학등 첨단 분야에서 급격히 발전하고 있다. 이러한 스마트 섬유의 핵심 기능을 구현하기 위해 외부 자극에 반응하는 자극 감응성 소재의 활용이 필수적이다. 특히, 콜레스테릭 액정 엘라스토머(이하 CLCE)는 자가 조립 카이랄 구조를 통해 손쉽게 제작 가능하고, 가역적인 구조적 색상 변화와 파장 조절이 가능하다는 점에서 큰 관심을 받아왔다.

기존 연구에서 개발된 순수 CLCE 섬유의 경우, 기계적 강성이 부족하여 변형 이력(strain hysteresis)이 컸다. 이를 개선하기 위해 압출 방식의 열가소성 엘라스토머(TPE) 코어-CLCE 쉘 섬유 구조가 도입되어 견고성이 향상되었지만, 압출 공정은 코어 재료를 열가소성 물질로 한정시키고 대량 생산성이 낮아 실제 스마트 섬유 시스템에 적용하기 어렵다는 한계가 있었다.

본 연구에서는 이러한 문제를 해결하고자, 상용 섬유를 CLCE 전구체 용액에 딥코팅(dip-coating)하는 방식으로 기계 변색(mechanochromic) 섬유를 성공적으로 제작했다. 이 딥코팅 방식을 통해 상용 섬유 표면에 얇고 부드러운 CLCE 층을 형성함으로써, CLCE는 본연의 기계 변색 기능을 그대로 유지하면서도 코어 기판 섬유가 가진 기계적 특성을 보존할 수 있다.

[성과와 관련된 이미지 및 설명]

이 기계 변색 섬유는 검은색의 상용 폴리우레탄(PU) 코어 기판 섬유 위에 콜레스테릭 액정 엘라스토머(CLCE) 층을 딥 코팅하여 구성된다. CLCE 층은 액정 분자들이 나선형 구조를 이루고 있어 브래그 반사(Bragg reflection)를 통해 특정 색상의 빛을 반사하게 된다. 섬유에 인장(strain)이 가해지면, 이 나선형 분자 구조의 피치(pitch)가 짧아진다. 이 피치 길이의 단축은 반사되는 빛의 파장을 짧게 만들며, 결과적으로 섬유가 반사하는 색상이 변화하는 기계 변색(mechanochromic) 기능이 발현된다.

[연구결과의 진행 상태 및 향후 계획]

결과적으로 개발된 섬유는 기존의 표준 제직 및 편직 기술과의 호환성이 매우 높아 실용적인 스마트 섬유 응용을 위한 대량 생산 및 확장성을 확보했다는 점에서 큰 의의가 있다. 향후 실제 직물구조로 제작하기 위해 다양한 색의 섬유를 제작하고 다양한 코어 기판 섬유에 코팅을 진행 중이다.

[수상]

2025 IMID 우수논문상