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Super-elastic fiber 개발
연구원 2018-07-30 1908

Super-elastic fiber 개발

 

EPFL 과학자들이 최근 로봇 손가락과 옷에 센서로 사용하는 등 다중재료의 고성능을 발현할 수 있는 수퍼 탄성섬유(super elastic fiber)를 개발하였다.

이 가느다란 섬유는 엘라스토머로 만들어지며, 전극과 나노 복합체 폴리머와 같은 물질을 통합할 수 있는 새로운 스마트 섬유 및 의료용 임플란트 분야에도 용도전개가 가능하게 될 것으로 기대하고 있다.

 

 

이 섬유는 완전히 새로운 사고방식에 의해 개발되었다. 이 섬유는 최소한의 압력과 변형율을 감지할 수 있으며, 초기형상을 복구하기 전에 500%에 가까운 변형율에도 견딜 수 있다. 이런 요인은 스마트의류 및 인공보철물 외에 로봇용 인공신경망을 구축하는 데에도 이상적인 소재가 될 것으로 보여 지고 있다.

이 섬유는 공학학교의 Fashion Sorin이 이끄는 EPFL의 광자재료 및 섬유장치 연구소(FIMAP)에서 개발하였다. 과학자들은 초 탄성섬유에 대양한 종류의 미세구조를 삽입하는 빠르고 쉬운 방법을 생각해 냈다. 예를 들어, 전략적 위치에 전극을 추가하여 섬유를 초민감 센서로 바꿨다. 게다가 이 방법은 짧은 시간에 수백 미터의 섬유를 생산하는데 사용할 수 있다.

섬유를 제조하는데 과학자들은 광섬유제조의 표준공정인 열 연신공정을 사용하였다. 그들은 조심스럽게 설계된 3D 패턴으로 배열된 다양한 섬유구성요소로 거시적 preform을 제작하는 것으로 시작하였다. 연구원들은 이 프리폼을 가열하여 용융된 플라스틱과 같이 직경이 수백마이크론인 섬유로 만들었다. 이 과정에서 구성요소의 패턴을 세로방향으로 늘리는 반면 가로방향으로도 축소하여 구성요소의 상대적 위치가 동일하게 유지되도록 하였다. 그 결과 극도로 복잡한 마이크로 아키텍쳐와 고급특성을 지닌 일련의 섬유가 완성되었다.

지금까지는 열연신법을 이용해 단단한 섬유를 만들었으나, 연구팀들은 신축성 있는 섬유를 만드는데 이 방법을 이용하였다. 재료선택에 대한 새로운 기준은 가열할 때 점도가 높은 열가소성 엘라스토머를 확인하는 것이었다. 이 때 섬유가 인발된 후에는 늘어나고 변형될 수 있으나 항상 원래의 모양으로 되돌아온다.

쉽게 변형될 수 있는 액체금속 뿐 아니라 나노복합체 폴리머와 금속 및 열가소성 물질과 같은 딱딱한 물질도 섬유에 도입할 수 있다. 예를 들면 섬유 상단에 3개의 전극 라인을 추가하고 하단에 하나의 전극 라인을 추가할 수 있다. 이로써 압력이 섬유에 가해지는 방식에 따라 다른 전극에 접촉하게 된다. 이렇게 하면 전극에 신호가 전달되어 섬유가 압축되거나 전단응력과 같이 어떤 유형의 응력이 정확하게 발생하는지 활인할 수도 있다.

연구팀들은 섬유를 인공신경처럼 로봇손가락에 집어넣었는데, 그 결과 손가락이 무언가를 만질 때마다 섬유 전극은 로봇 촉각과 환경에 대한 정보를 전송해 주었다. 연구팀은 압축과 스트레칭을 감지하기 위해 대형 섬유의류에 섬유를 추가하는 방법도 시험하였다.

그밖에 연구원들은 다른 많은 잠재력을 응용해 보았는데, 특히 열 연식공정의 경우 대규모 생산을 위한 손쉬운 제어방법으로 간주되었다. 이 기술은 현재 특허가 접수된 상태이다.

 

*출 처 : http://www.technicaltextile.net/

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