기계공학부 박성훈 교수팀, 세계적 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션’ 논문 게재 – 하이브리드 다중상 복합체의 전기적 물성을 실험적 이론적으로 규명

본교 기계공학부 박성훈 교수와 하지환 연구원(기계공학부 석사과정)이 고려대(이상현 교수)·한국항공대 연구진(황진영 교수)과 함께 세계 최초로 하이브리드 다중상 복합체의 전기적 물성 예측을 위한 모델을 수립하여 세계적 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션’에 논문을 게재했다.(▲관련 링크 바로가기)

기능성 나노복합체는 나노미터 크기의 소재와 고분자로 구성된 고기능성 소재이다. 이런 나노 복합체의 기계적, 전기적, 열적 성질을 극대화시키기 위해서 한 종류의 나노소재와 고분자의 조합이 아닌 2종 이상의 다양한 나노소재와 고분자가 혼합된 다중상 복합체와 관련하여 많은 실험 논문들이 나오고 있다. 그러나 이론적 예측 모델에 관련한 연구 문헌은 극소수이고 정량화 되지 않았으며 발표되어 있는 많은 실험 논문들도 상반되는 연구결과로 연구자들에게 혼동을 주고 있는 실정이다.

▲ 섬유 랜덤 네트워크와 보로노이 다이어그램 개념을 융합한 다중상 나노복합체

이에, 연구진은 섬유 랜덤 네트워크(Fiber random network) 개념과 배제 체적*(excluded volume)을 이용한 보로노이 다이어그램**(Swiss cheese model) 개념을 융합하여 다중상 복합체의 전기적 물성을 예측할 수 있는 플랫폼을 제시하였다. 배제 체적 역할을 하는 마이크로/나노 소재의 사이즈에 따른 나노복합체의 전기 전도도 변화를 실험적, 이론적으로 규명하였다.

교신저자로 연구를 주도한 박성훈 교수는 “유연 배선소자에서는 외력에 의해 길이가 변형되어도 전기 저항이 유지되어야 하는 소재가 필요하며, 유연 촉각 센서의 경우 작은 외력에도 전기 저항이 크게 변하는 소재가 필요하다. 관련하여 물리적 해석을 통한 체계적인 실험 및 이론이 정립되어 있지 않아서 소재개발 및 최적화에 긴 시간이 소요 된다”며 “본 논문에서 제안한 다중 복합체 물성 예측 모델은 피부 부착형 전자피부 (e-skin) 및 생체신호용 고감도센서와 같은 첨단 소재 개발에 큰 도움이 될 것”라고 연구 의의를 밝혔다.

한편, 본 연구는 과학기술정보통신부 신진연구지원사업의 지원으로 수행되었다.

* 배제 체적(排除體積 , excluded volume): 분자가 유한한 크기를 갖기 위해, 일정 체적의 용기 속에 있는 분자가 실제로 운동할 수 있는 공간의 체적은 그 용기의 체적보다 작게 되어 있다. 이 작아진 만큼의 체적을 배제 체적이라 한다.
** 보로노이 다이어그램(Voronoi diagram): 평면에 있는 점들 중 가장 가까운 점 2개를 모두 연결하고 그 다음 선들의 수직이등분선을 그어서 분할되는 것들이 보로노이 다각형이다.

홍보팀 (pr@ssu.ac.kr)