KAIST, 존스홉킨스대학·조지아 공대와 공동연구…‘자기 강화’ 원리 적용”강성훈 교수, ‘사용할수록 강해지는 신소재’ 혁신적 특성 밝혀
  • 반복적인 하중이 가해지는 아파트 건물이나 차량 등 구조물에서 성능 저하와 파괴가 발생하는 문제를 해결할 수 있는 신소재가 개발됐다. KAIST와 존스홉킨스대학, 조지아 공대 연구진은 뼈가 운동을 통해 강해지는 원리를 응용, 반복 사용 시 오히려 성능이 향상되는 혁신적인 신소재를 성공적으로 만들어냈다.

    KAIST(총장 이광형)는 신소재공학과 강성훈 교수 연구팀이 존스홉킨스대학과 조지아 공과대학과 공동연구를 통해 반복적인 하중에 의해 점차 성능이 저하되는 기존 재료들의 문제를 해결할 수 있는 신소재를 개발했다고 20일 밝혔다.

    연구팀은 뼈가 운동을 하면 세포의 작용으로 미네랄이 합성되어 골밀도가 증가하는 원리에서 착안했다. 이를 통해 반복적인 하중을 가해도 스스로 미네랄을 합성해 더 강해지는 특성을 가진 신소재를 개발한 것이다. 이 신소재는 세포의 작용을 대신해 전기적으로 발생하는 전하를 활용해 미네랄을 합성하고, 이를 통해 반복적인 응력에도 성능이 향상된다는 점에서 주목을 받고 있다.

    강 교수는 “이번 연구를 통해 개발된 신소재는 기존 재료보다 반복적으로 사용할수록 강성과 충격 흡수 능력이 뛰어난 특성을 보인다”며 “인공 관절뿐만 아니라 항공기, 선박, 자동차, 구조물 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것”이라고 연구성과를 말했다.

    연구팀은 다공성 압전 바탕재와 피와 유사한 미네랄 성분을 갖는 전해질을 사용해 복합재료를 합성하고, 이를 반복적인 힘에 노출시켜 실험을 진행했다. 그 결과, 응력의 빈도와 크기에 비례해 재료의 강성 및 에너지 소산 능력이 향상된다는 사실을 확인할 수 있었다.

    이번 연구는 ‘A material dynamically enhancing both load-bearing and energy-dissipation capability under cyclic loading’이라는 논문으로 사이언스 어드밴시즈(Science Advances) 2월 11권 6호에 발표됐다. 연구는 한국연구재단 해외우수과학자유치사업(Brain Pool Plus)의 지원을 받아 진행됐다.