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스스로 회복하는 고분자 재료는 일종의 스마트 재료로서 사용과정중에서 외부의 힘에 의해서 생긴 파열이나 국부적인 손상을 회복할 수 있기 때문에, 원래의 기능을 회복할 수 있어서 사용 수명을 늘려줄 수 있는 장점을 갖고 있다. 이러한 재료들은 코팅의 보호, 바이오의약 재료 및 리튬배터리 및 항공 영역에서 잠재적인 응용 가능성을 갖고 있다. 이러한 다른 응용을 위해서 연구자들은”희생되는 결합”을 고분자 물질 중에 도입하여 자기 회복형 플라스틱, 접착제, 탄성체 (elastomer) 등을 개발하였다. 자기수복형 탄성체 재료라고 한다면 양호한 기계적 성능과 고효율의 자기수복 능력을 동시에 갖고서 또한 우수한 광학적 성능을 갖는 것은 도전적인 과제라고 할 수 있다. 자연과학기금의 지원아래 중국과학원 화학연구소 엔지니어링플라스틱 중점 연구실의 동협 (董侠)은 지능성 재료의 개발과 응용에 매진하여 일련의 연구 결과를 얻었다 ( J. Polym. Sci. Part A: Poly. Chem. 2015, 53, 2094-2103; Polymer 2016, 84, 1-9 ; Mater. Chem. Front. 2017, 1, 111-118 ; ACS Appl. Mater. Inter. 2017, 9, 30046-30055 ; Macromolecules 2018, 51, 1100-1109 ). 이러한 기초 위에서 분자 설계의 각도에서 출발하여 새로운 자기수복 설계 전략을 제안하였다 (Phase Locked Dynamic Chemical Bonds, 상이 고정된 동적 화학결합). 이를 통해 성공적으로 무색투명하며 빨리 스스로 수복하는 질기고 강한 고분자 물질을 개발하였다. 연구에서는 “단단한 고정”과 “미세상분리 제어”를 서로 결합하는 전략을 통해 설계된 disulfide bond를 함유한 polyurethane 탄성체를 합성하였는데 무색 투명의 광학성질이 우수한 재료로서 최대인장강도가 25MPa이며, 파괴인장율은 1600%를 넘었으며 가장 온화한 가열 조건 (70도)에서 탄성체의 표면 긁힘은 60초 이내에 신속히 회복되었으며 동시에 양호한 투명성 회복능력을 보였다. 이러한 재료는 투명한 표면이나 보호 막이 필요한 광학 렌즈, 유연한 디스플레이 스크린 및 자동차 및 항공기 분야에서 응용될 수 있을 것이다. 관련 연구는 에 발표되었다 ( DOI:10.1002/adma.201802556 ). |
