자기치유 재료의 개발, 특히 자기치유 폴리머 및 폴리머 복합재는 손상을 자율적으로 복구할 수 있는 재료를 향한 새로운 경로를 열어, 다양한 응용 분야에서의 사용 수명과 구조적 신뢰성을 연장하는 데 기여하고 있다. 이 종설 논문은 합성 전략, 자기치유 메커니즘, 기능적 구현, 그리고 관련 응용 분야를 포괄적으로 검토한다. 자기치유 폴리머는 가역적 화학 결합과 초분자 상호작용에 의존하는 반면, 자기치유 폴리머 복합재는 이러한 원리를 보강 재료와 결합함으로써 자기치유 기능과 향상된 기계적 강도를 동시에 확보한다. 그럼에도 불구하고 장기 내구성을 보장하고, 자기치유 성능과 기계적 강도 간의 상충 관계를 해결하며, 표준화된 평가 지표의 부재를 극복하는 문제는 여전히 핵심적인 과제로 남아 있다. 마지막으로, 본 종설은 다양한 전자기기 분야에서의 대표적 응용 사례를 소개하고, 실용적 구현을 위한 남은 장애물과 향후 전망을 개괄한다.

추상적으로 볼 때, 실리콘(Si)은 리튬이온전지(LIBs)의 유망한 양극(아노드) 소재이다. 이는 이론적 저장 용량이 매우 높기(4200 mAh g −1 ) 때문이다. 이러한 특성은 LIB의 에너지 밀도를 향상시킬 잠재력을 지닌다. 그러나 Si 양극은 리튬화/탈리튬화 과정에서 심각한 체적 변화를 겪으며, 이로 인해 양극이 분쇄되고 박리가 발생하여 고체전해질 계면층(solid electrolyte interface) 형성이 해로운 방향으로 성장한다. 그 결과, Si 양극의 사이클 안정성은 LIB의 상용화를 위해 충분하지 않다. 폴리머 바인더는 전극에서 차지하는 비중이 작음에도 불구하고 Si 양극의 사이클 안정성에 핵심적인 역할을 할 수 있다. 본 총설에서는 폴리머 바인더의 물성 및 Si 양극의 전기화학적 성능에 영향을 미치는 중요한 요인들을 소개한다. 특히 분자 설계 전략, 작용기(functional groups), 상호작용의 유형, 바인더의 기능성(functionalities)이라는 맥락에서 바인더의 구조–물성 관계를 강조한다. 또한 전기 전도도 및 자가 치유성(self-healability)과 같은 추가 기능성을 지닌 바인더에 대해서도 바인더 설계 원리를 중심으로 폭넓게 논의한다.

열전소자. 논문호(Article) 번호 2103070에서 Sung-Yeon Jang, Ju-Won Jeon 및 동료 연구자들은 비교할 수 없이 높은 이온 열전(TE) 특성을 갖는 자가치유형 유기-무기 이온 열전 복합체(OITCs)를 제시한다. 무기 나노입자의 도입은 이온 열전 재료의 이온 해리를 촉진하며, 이는 이온 열전 성능을 향상시키는 데 중요하다는 점이 밝혀졌다. 또한 OITCs는 반복적인 가혹한 외부 변형과 절단/자가치유 시험에서도 눈에 띄는 열화 없이 원래의 이온 열전 특성을 유지할 수 있다.

5 C의 매우 높은 C-rate에서.

자기치유 재료의 개발, 특히 자기치유 폴리머 및 폴리머 복합재는 손상을 자율적으로 복구할 수 있는 재료를 향한 새로운 경로를 열어, 다양한 응용 분야에서의 사용 수명과 구조적 신뢰성을 연장하는 데 기여하고 있다. 이 종설 논문은 합성 전략, 자기치유 메커니즘, 기능적 구현, 그리고 관련 응용 분야를 포괄적으로 검토한다. 자기치유 폴리머는 가역적 화학 결합과 초분자 상호작용에 의존하는 반면, 자기치유 폴리머 복합재는 이러한 원리를 보강 재료와 결합함으로써 자기치유 기능과 향상된 기계적 강도를 동시에 확보한다. 그럼에도 불구하고 장기 내구성을 보장하고, 자기치유 성능과 기계적 강도 간의 상충 관계를 해결하며, 표준화된 평가 지표의 부재를 극복하는 문제는 여전히 핵심적인 과제로 남아 있다. 마지막으로, 본 종설은 다양한 전자기기 분야에서의 대표적 응용 사례를 소개하고, 실용적 구현을 위한 남은 장애물과 향후 전망을 개괄한다.

추상적으로 볼 때, 실리콘(Si)은 리튬이온전지(LIBs)의 유망한 양극(아노드) 소재이다. 이는 이론적 저장 용량이 매우 높기(4200 mAh g −1 ) 때문이다. 이러한 특성은 LIB의 에너지 밀도를 향상시킬 잠재력을 지닌다. 그러나 Si 양극은 리튬화/탈리튬화 과정에서 심각한 체적 변화를 겪으며, 이로 인해 양극이 분쇄되고 박리가 발생하여 고체전해질 계면층(solid electrolyte interface) 형성이 해로운 방향으로 성장한다. 그 결과, Si 양극의 사이클 안정성은 LIB의 상용화를 위해 충분하지 않다. 폴리머 바인더는 전극에서 차지하는 비중이 작음에도 불구하고 Si 양극의 사이클 안정성에 핵심적인 역할을 할 수 있다. 본 총설에서는 폴리머 바인더의 물성 및 Si 양극의 전기화학적 성능에 영향을 미치는 중요한 요인들을 소개한다. 특히 분자 설계 전략, 작용기(functional groups), 상호작용의 유형, 바인더의 기능성(functionalities)이라는 맥락에서 바인더의 구조–물성 관계를 강조한다. 또한 전기 전도도 및 자가 치유성(self-healability)과 같은 추가 기능성을 지닌 바인더에 대해서도 바인더 설계 원리를 중심으로 폭넓게 논의한다.

열전소자. 논문호(Article) 번호 2103070에서 Sung-Yeon Jang, Ju-Won Jeon 및 동료 연구자들은 비교할 수 없이 높은 이온 열전(TE) 특성을 갖는 자가치유형 유기-무기 이온 열전 복합체(OITCs)를 제시한다. 무기 나노입자의 도입은 이온 열전 재료의 이온 해리를 촉진하며, 이는 이온 열전 성능을 향상시키는 데 중요하다는 점이 밝혀졌다. 또한 OITCs는 반복적인 가혹한 외부 변형과 절단/자가치유 시험에서도 눈에 띄는 열화 없이 원래의 이온 열전 특성을 유지할 수 있다.

상대 습도 90%에서의 값은 다른 IL 기반 TE 재료에서 보고된 값보다 높다. 본 연구에서 개발한 IL 기반 이온성 열전(TE) 복합재는 75%의 심각한 변형과 다중 절단-치유 사이클을 포함한 가혹한 조건에서도 우수한 이온성 TE 특성을 유지할 수 있다.

5 C의 매우 높은 C-rate에서.

유기 레독스 활성 폴리머 전극은 리튬이온 배터리(LIBs)를 위한 희소하고 독성이 있으며 값비싼 금속 기반 소재에 대한 비용 효율적이고 유연하며 지속 가능한 대안이 된다. 그러나 기존의 폴리머는 사용 후 대개 소각되어 환경에 유해한 문제를 야기한다. 친환경 배터리를 촉진하기 위해서는 분해 가능한 폴리머를 탐색해야 하나, 이 분야의 연구는 제한적이었다. 기존의 분해 가능한 폴리머 전극은 전기화학적 성능과 온화한 분해를 균형 있게 달성하는 데 어려움을 겪는다. 이러한 한계를 해결하기 위해, 본 연구에서는 2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-1-일 옥실(TEMPO)로 알려진 레독스 활성 니트록사이드 라디칼을 에스터 기반 폴리카프로락톤(PCL) 골격에 부착하여 LIB용 양극의 생분해성 폴리머를 제시한다. 개발된 라디칼 폴리머는 가속 산성(1 M HCl, 80 °C) 및 염기성(KOH, 90 °C) 조건에서 분해되어 물에 용해되는 부산물을 생성할 수 있으며, 이는 양성자 핵자기공명(proton nuclear magnetic resonance) 분석으로 확인되어 친환경적 폐기가 가능함을 보장한다. 이 폴리머 양극은 높은 초기 쿨롬 효율(99%), 우수한 고율 충·방전 성능(1 C–30 C), 고율 사이클링 후 약 93%의 용량 회복을 보였으며, 이는 구조적 안정성을 확인한다. 이러한 결과는 LIB의 환경 영향을 줄임으로써 지속 가능한 경로를 제공할 수 있다.

웨어러블 센서, 신축성 전자소자, 그리고 다수의 소프트 로봇 재료는 전도성, 신장성, 강인성 사이의 균형을 필요로 한다. 본질적으로 전도성인 고분자는 조절 가능한 전도성, 부드럽고 순응적인 특성, 그리고 다른 작동성(coactive) 분자(즉, 폴리산, 소분자)와의 복합화 능력으로 인해 웨어러블 센서 재료의 향상을 위한 핵심적인 단계를 제공한다. 시너지 효과를 갖는 나노필러의 첨가는 소프트 로보틱스 및 웨어러블 응용을 위해 고분자의 전도성, 자가 치유, 기계적 특성을 향상시키는 것으로 나타났다. 초고신장성, 자율적 자가 치유 능력, 그리고 향상된 전자적 특성을 제공하는 견고한 고분자 나노복합체 재료의 개발은 오랫동안 연구자들의 과제로 남아 있었다. 본 연구에서는 은 나노와이어(AgNW) 0.5 wt%를 포함하여 수계 폴리안일린 [PANI]:폴리(2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설폰산) [PAAMPSA]:피틱산 [PA] 고분자 복합체를 합성함으로써, 높은 전자 감도, 독특한 기계적 특성(최대 변형률 4693%), 그리고 98%를 초과하는 반복적/자율적 자가 치유 효율을 갖는 고분자 나노복합체를 제작하였다. 이 AgNW 고분자 복합체는 보고된 어떤 하이드로겔이나 다른 고분자 기반 센서 재료보다 높은 공학적 변형률을 보이며, 여기서 고분자 매트릭스와 AgNW 사이의 계면이 활성 전기 전도성 네트워크의 형성과 전례 없는 기계적 특성에 필수적이라고 가정된다. 현저한 감도를 보여주기 위해, 이 재료를 생의학 센서(맥박, 음성 인식, 동작), 지형(표면) 센서, 그리고 고감도 스트레인 게이지로 활용하였다.

레독스 활성 고분자는 유기 라디칼 배터리(ORB)에서의 잠재력으로 인해 상당한 주목을 받아왔다. 이는 독특한 레독스 특성 때문이다.