기계/재료

초인성 인공 거미줄 제조

발행일 : 2019 / 11 / 27

난카이(南開)대학교 약물화학생물학 국가중점실험실, 약학대학, 기능고분자 교육부중점실험실 류쭌펑(劉遵峰) 연구팀은 히드로겔 섬유로 신형 초인성(Super tough) “인공 거미줄”을 제조 했다. 해당 거미줄은 고강도, 느린 리바운드(Rebound), 중복 신축성 등 장점을 보유하고 있기에 향후 공중 낙하 지연 등 다양한 분야에 이용될 전망이다. 해당 성과는 “Nature Communications”에 게재됐다.

자연계의 거미줄은 강한 기계적 성질을 보유하고 있으며 고등급 합금강과 유사한 높은 인장강도를 나타낸다. 높은 습도 환경에서 거미줄은 5배로 인장될 수 있을 뿐만 아니라 인장된 후 거의 리바운드 되지 않고 회전하지 않는다. 또한 인장된 거미줄은 물을 만나면 초기 길이로 회복된다. 이로써 포획물의 충격에 의해 인장된 후 자동적으로 복구되어 재사용할 수 있다. 이는 거미줄이 매우 강한 기계적 성능을 보유하고 있음을 의미한다.

기존에 피브로인을 이용해 인공 거미줄을 제조해 일정한 성과를 거두었지만 해당 방법으로 규모화 생산을 달성할 수 없다. 따라서 합성 방법을 이용해 상기 특성을 모방한 거미줄 제조는 어려움으로 되고 있다.

연구팀은 반복적 시험을 통해 히드로겔 섬유를 이용하여 “인공 거미줄”을 제조하는 매우 간단한 방법을 개발했다. 히드로겔 섬유는 폴리아크릴산으로 제조한다. 폴리아크릴산은 핵-외곽 구조를 보유하고 있기에 2가 이온을 도핑함과 아울러 트위스팅(twisting)하여 일정한 꼬임성을 획득함으로써 “인공 거미줄”의 강도를 대폭 향상시킬 수 있다. 해당 신소재의 역학적 성능은 천연 거미줄과 거의 유사하다.

고층건축물에 화재 등 긴급상황이 발생할 경우 “인공 거미줄”로 제조한 밧줄로 공중 낙하 지연에 의한 자주적 구원을 달성할 수 있다. 해당 특수한 밧줄은 인체 체중에 견딜 수 있으며 또한 천천히 인장됨과 아울러 고무줄처럼 리바운드 되지 않는다. 이로써 인체 또는 물체의 하강 속도를 대폭 감소시켜 완화작용을 일으킬 수 있다.

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