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英 캠브리지大, 액체로 강한 고강력 섬유 개발
거미 실크 대비 다량의 에너지 흡수 및 지속가능․무독성
기사입력: 2017/07/24 [09:41]  최종편집: TIN 뉴스
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영국 캠브리지대학교의 건축가와 화학연구팀이 새로운 방법의 합성 스파이더 실크를 개발했다. 공동연구팀은 합성 스파이더 실크를 만드는 초기 방법의 개선 뿐 아니라 다량의 에너지를 흡수하면서 동시에 지속가능하며, 무독성인 초신축성의 강력한 섬유를 개발했다. 

 

개발한 섬유는 수분 98%인 하이드로 겔(Hydrogel)이라는 수프 소재다. 나머지 2%는 쿠커비투릴(cucurbiturils)로 알려진 배럴 모양의 분자 수갑으로 네트워크에서 함께 유지되는 실리카와 셀룰로오스로 구성됐다. 특히 서로 다른 구성 요소 사이의 화학적 상호 작용은 장섬유를 젤에서 잡아당길 수 있다.

 

지름은 수백만 분의 1로 매우 얇다. 약 30초 후에 물이 증발해 강하고 신축성 있는 섬유만 남는 원리다. 연구팀에 따르면 동 섬유는 거미 실크만큼 강하진 않지만 100~150메가 파스칼 범위의 응력을 지원한다. 거미 실크의 인장강도는 약 508메가 파스칼이다.

대신 무독성이며 에너지 집약도 훨씬 적다는 것이 강점이다.

 

섬유는 상온에서 자기 조립이 가능하며 원자가 전자를 공유하는 공유결합 이외의 힘에 의존하며 생체 내의 많은 분자들이 결합하는 방법 중 하나인 호스트-게스트(Host-Guest) 초분자 화학에 의해 함께 유지된다.

강도 면에서는 기존 셀룰로스계 접착제 및 인조 실크와 같은 타 합성섬유 뿐 아니라 사람 또는 동물의 모발과 같은 천연섬유의 강도를 능가한다는 것이 연구팀의 설명이다.

 

동시에 매우 높은 댐핑 능력을 갖고 있다. 다량의 에너지를 흡수할 수 있다는 의미다.

댐핑(Damping)은 앰프 사이에서 진동하는 에너지를 잡아주거나 불필요한 진동이 흡수되는 현상이다. 이러한 댐핑 능력을 지닌 합성섬유는 매우 드물지만 거미 실크의 특징 중 하나가 높은 댐핑이다. 동 섬유 역시 일부의 경우 댐핑 용량이 천연실크의 댐핑 용량을 훨씬 초과하는 것을 발견했다고 설명했다.

 

이번 연구는 오렌 셔면 교수가 이끄는 화학분야에서의 폴리머합성을 위한 멜빌 연구소의 공동 연구결과다. 마이클 라마지 박사가 이끄는 건축학부의 자연소재혁신센터 두 그룹은 자연과 자연에서 영감을 얻은 재료, 프로세스 및 다양한 규모와 분야의 응용 분야에 서로 관심을 갖고 있었다. 이들의 연구 내용은 National Academy of Sciences 저널에 게재됐다.

※메가파스칼(MPa)=재료과학에서 재료의 압축강도, 인장강도를 측정하는 단위로, 1MPa는 100만N/㎡이다.

 

박원호 기자 tinnews@tinnews.co.kr

 

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