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미국 과학자들이 최초로 굴껍질의 진주층에서 영감을 얻어 강도와 탄력성을 포함한 탁월한 기계적인 특성을 가진 재료를 만드는 기술을 개발했다고 보고했다. 연구팀은 초기에 나노 입자와 잘 섞은 고분자의 결정화 속도를 변화시킴으로, 나노 입자 자체 회합체가 세 개의 서로 다른 길이를 가진 구조를 만들어낼 수 있다고 연구팀은 보고했다. 이러한 다중스케일 정렬은 기본 재료를 거의 한 단계 더 강하게 만들면서도 여전히 원하는 변형성과 경량성은 유지할 수 있었다는 것이 연구팀의 설며이다. 관련 연구는 ACS Central Science에 게재되었다 ( DOI: 10.1021/acscentsci.7b00157 ). 연구진이 개발한 기술은 일상적으로 사용되는 자동차, 보호 코팅재 및 식품/음료 포장재와 함께 상업용 플라스틱 재료의 기계적 특성과 잠재적으로 다른 물리 특성도 향상시킬 수 있을 것으로 기대하고 있다. 나아가 나노 복합 재료의 전지 또는 광학 특성을 만들어낼 수 있어, 잠재적으로 새로운 재료의 제작 및 건물 같은 구조 응용 분야에 사용되고, 이를 모니터링할 수 있는 능력을 가진 장치 개발에도 사용될 수 있다고 연구팀은 주장했다. 폴리머 나노 복합체에 초점을 맞춘 과학자들이 비정질 폴리머 매트릭스에서 나노 입자의 구성을 쉽게 제어할 수 있었지만, 현재까지 아무도 결정질 폴리머 매트릭스내에서 나노입자의 회합을 조정할 수는 없었다. 관련된 한 가지 접근 법은 얼음 템플리트에 의존하는 것이다. 이 기술을 이용해서 연구자들은 저분자를 결정화함으로 콜로이드 입자를 조직화 할 수 있지만, 이들 공정의 고유한 동역학 때문에 입자들은 마이크로 스케일 입계로 배출되어 과학자들은 굴껍질의 진주층을 모방하는데 필요한 다중 스케일을 가진 나노입자로 정렬시킬 수는 없었다. 연구진은 폴리머 용액(산화 폴리에틸렌)에 나노입자를 섞어주고, 결정화 속도를 변화시키면, 나노 입자 자체 회합이 나노, 마이크로, 매크로 미터의 세 가지 다른 스케일을 가진 물질을 만들 수 있다는 것을 발견했다고 보고했다. 나노입자는 시트(sheet) (10-100 nm)로 자체 회합이 일어나며, 고분자가 결정화되었을 때 마이크로 단위(1-10 mu;m)로 나노입자 시트는 회합이 일어났다. 이렇게 자체 회합을 조절할 수 있는 것이 중요한 이유는 재료의 견고성은 유지하면서 강성을 향상시킬 수 있기 때문이다. 재료는 순수한 반 결정화 고분자의 낮은 밀도를 유지함으로 구조적인 구성 무게는 낮게 유지할 수 있었다고 연구팀은 말했다. 이 특성들은 자동차와 비행기와 같이 무게가 중요한 것에 응용될 수 있다는 것을 의미한다. |
