미 공군 연구실, 신축성 있는 신도체 발견
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미 공군 연구실, 신축성 있는 신도체 발견
  • 윤광제 기자
  • 승인 2019.10.10 19:17
  • 댓글 0
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▲미 공군 연구소가 개발한 중합 액체 금속. 네트워크가 변형률에 따라 전도성을 자율적으로 증가시키며 확장성이 높게 변모하는 것을 보여준다. (사진 : 미 공군)©AI타임스
▲미 공군 연구소가 개발한 중합 액체 금속. 네트워크가 변형률에 따라 전도성을 자율적으로 증가시키며 확장성이 높게 변모하는 것을 보여준다. (사진 : 미 공군)©AI타임스

(AI타임스=윤광제 기자) 오하이오 주에 위치한 미 공군 연구소(이하 AFRL)가 변형률에 대응해 더 나은 전도체가 되도록 구조를 자율적으로 바꾸는 액체 금속 시스템을 개발했다.

전도성 물질은 팽팽하거나 늘어나면서 그 성질을 바꾸는데, 일반적으로 전기 전도성은 감소하고 스트레칭에 따라 저항이 증가한다.

최근 AFRL 과학자들이 개발한 폴리머라이즈 리퀴드 메탈 네트워크는 정반대다. 이러한 액체금속 네트워크는 700퍼센트까지 긴장될 수 있으며, 그 변종에 자율적으로 반응해 두 주 사이의 저항을 사실상 동일하게 유지하며, 여전히 원래의 상태로 되돌아간다. 이러한 반응을 자동으로 수행하는 것은 모두 물질 내에 스스로 조직된 나노구조 때문이다.

AFRL 소속으로 이 프로젝트에 관한 연구 과학자를 이끌고 있는 Christopher Tabor 박사는 “이 스트레칭에 대한 반응은 여러분이 기대하는 것과는 정반대의 성질을 보인다”면서 “일반적으로 물질을 통과할 때 전류가 더 많은 필요하며, 물질이 늘어나면 저항도 증가할 것이다. 그런데, 이번에 발견한 액체금속 시스템을 실험해 보고 정반대의 반응을 보면서 우리가 무슨 일이 일어나고 있는지 이해할 때까지 전혀 예상하지 못했고 솔직히 믿을 수 없었다”고 말했다.

이러한 서로 다른 종류의 기계적 조건하에서 그 속성을 유지하는 와이어는 차세대 웨어러블 전자제품과 같은 많은 애플리케이션을 가지고 있다.

예를 들어, 이 재료는 긴 소매 의복에 통합돼 팔꿈치를 구부리거나 어깨를 회전시킬 때 전달되는 힘을 변화시키지 않는 방법으로 셔츠와 몸을 통해 동력을 전달하는데 사용될 수 있다.

또한 AFRL 연구원들은 열선내장 글러브를 닮은 폼 팩터로 재료의 가열 특성을 평가했다. 그들은 저항변화에 의해 변형될 때 상당한 열전력을 상실하는 현재의 첨단 확장형 난방기와는 달리 손가락의 움직임이 지속되는 열반응을 측정하고 일정한 전압으로 거의 일정한 온도를 유지했다.

이 프로젝트는 지난해부터 시작돼 공군과학연구소의 기초연구비로 AFRL에서 개발됐다. 현재 민간 기업 및 대학과 제휴해 추가 개발을 모색하고 있다. 기업들과 협력적 연구를 하는 것은 연구소에서 잘 작동하는 초기 시스템을 채택하고 이를 최적화해 잠재적으로 규모를 키울 수 있도록 하기 때문에 유익하다. 이 경우, 이 재료들을 인체 성능을 감시하고 증강시키는 역할을 할 수 있는 직물로 통합할 수 있게 된다.

연구원들은 물풍선을 닮은 액체 금속의 개별 입자들을 껍데기로 감싸는 것으로 시작한다. 각 입자는 중합화 과정을 통해 화학적으로 다음 입자와 결합된다. 마치 사슬에 링크를 추가하는 것과 같다. 그런 방식으로 모든 입자는 서로 연결된다.

연결된 액체 금속 입자가 팽팽해지자 입자가 찢어지고 액체 금속이 흘러나온다. 시스템에 전도성과 고유 확장성을 모두 제공하기 위한 연결 형태. 첫 번째 이후의 각 스트레칭 주기 동안 전도성은 증가해 정상으로 되돌아간다. 게다가, 1만 사이클 후에는 피로가 감지되지 않는다.

연구팀장인 칼 스러셔는 (AFRL Materials and Manufacturing Directorate 연구 화학자 및 학술지 기사에 대한 수석 저자) “중합화 액체 금속 네트워크의 발견은 확장 가능한 전력 공급, 감지 및 회로에 이상적”이라면서 “인간 인터페이스는 이 기술로 연속적으로 작동하고, 무게를 줄이고, 더 많은 전력을 공급할 수 있을 것이다”고 말했다.

그는 이어 “우리는 이것이 많은 어플리케이션들에게 정말 흥미진진하다고 생각한다”면서 “이것은 오늘날 시중에 유통되지 않는 것이기 때문에 우리는 이것을 세계에 소개하고 그 이야기를 전달하게 돼 정말 흥분된다”고 덧붙였다.


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