화공생명공학과 박제영 교수 연구팀,

케블라 나노섬유 소재 개발로 Nature Materials 논문 게재

화공생명공학과 박제영 교수 연구팀이 인하대 오동엽 교수, 경희대 황성연 교수 연구팀과 공동연구를 통하여 200ppm(약 0.02%)의 극소량 나노섬유 네트워크로 액체를 단단하게 굳힐 수 있는 나노 소재를 개발하였다.

연구팀은 방탄복 제작에 사용되는 고강도 섬유인 케블라에서 특별한 나노섬유 소재를 추출하는 데 성공했다. 1g의 케블라 나노섬유 네크워크는 물, 카보네이트계 액체 전해질, 화장품용 오일 등 다양한 액체를 최대 5ℓ까지 굳힐 수 있다. 케블라 나노섬유는 건축물 철근과 같은 역할을 해 젤을 구조적으로 지지하기 때문이다. 첨가되는 양도 매우 적어 이온 등 내부 물질의 확산 속도가 순수 액체와 비교했을 때 차이가 거의 없다.

케블라 나노섬유를 첨가해 만든 수화젤(물에 첨가제를 넣어 만든 젤)은 뛰어난 기계적 강도를 가진다. 수화젤은 2kg의 하중에도 무너지지 않고 견딜 수 있으며 1만 번 반복적으로 찌그러뜨렸을 때도 본래 모양을 회복했다. 100℃에서 끓여도 망가지지 않는 등 열 안정성도 입증했다.

▲ (가) 케블라 나노섬유 구조를 나타내는 3D 그래픽 사진 

(나) 200ppm 및 1,000ppm 첨가로 물(액체)을 고체화 (수화젤)

(다) 2kg의 하중을 견디는 수화젤

(라) 끓는 물 (100℃)를 견디는 수화젤

▲ 수화젤을 20% 찌그러뜨리고 원래 크기를 반복적으로 회복함

이러한 케블라 나노섬유는 극소량의 첨가제를 사용해 액체를 단단한 고체로 만드는 핵심 재료 기술로 고체 전해질뿐 아니라 인공 관절 제조와 사막 지역에서 식물을 재배하기 위한 수분 보유 재료 개발 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.

연구 결과는 재료분야의 국제 저명 학술지인 Nature Materials (Impact Factor: 41.2)에 ‘Network of cyano-p-aramid nanofibres creates ultrastiff and water-rich hydrospongels’ 제목으로 게재되었고, Nature 출판사의 연구 하이라이트 코너에서 소개되었다.

▲ Nature 출판사 연구 하이라이트 코너에 소개됨

▶ 연구실 홈페이지: https://sites.google.com/view/jyp-plastic-research/

▶ 논문 링크: https://doi.org/10.1038/s41563-023-01760-5

▶ Nature Research Highlight: https://www.nature.com/articles/d41586-024-00004-z