이 연구실은 고분자 기반 복합재와 나노복합재의 구조-물성 상관관계를 정밀하게 이해하고, 이를 바탕으로 기계적으로 강인하면서도 기능성을 갖춘 차세대 재료를 설계하는 데 주력하고 있다. 특히 소량의 나노충전재만으로도 강도, 연성, 인성, 유전 특성 등 다양한 성능을 동시에 향상시키는 전략에 관심을 두며, 기존 복합재의 한계였던 취성, 계면 약화, 분산 불균일 문제를 극복하는 방향으로 연구를 전개한다. 연구 대상은 일반 고분자 복합재를 넘어 나노입자, 나노시트, 다공성 골격체, 직조형 구조체가 포함된 정교한 하이브리드 시스템으로 확장되고 있다. 연구 방법론 측면에서는 고분자 사슬의 얽힘, 계면 결합, 나노구속 효과, 충전재의 형상 및 배향이 복합재의 거동에 미치는 영향을 다층적으로 분석한다. 분자 수준에서의 상호작용을 제어하여 충전재-매트릭스 계면을 강화하고, 하중 전달 효율과 에너지 소산 능력을 높이는 것이 핵심이다. 최근 논문들에서 나타나듯이 공유결합 유기 골격체(COF), 나노시트, 대형 나노입자 등의 구조화된 충전재를 활용하여 복합재 내부의 고분자 배열과 변형 메커니즘을 프로그래밍하고, 적은 함량으로도 높은 기계적 성능을 구현하는 접근이 두드러진다. 이러한 연구는 항공우주, 전자소자, 유연기기, 구조재, 진동 및 충격 제어 소재 등 폭넓은 응용 가능성을 지닌다. 단순히 강한 소재를 만드는 데 그치지 않고, 반복 하중 환경이나 가혹 조건에서도 성능을 유지하며 필요에 따라 가역적 거동이나 재활용 가능성까지 고려하는 점이 특징이다. 따라서 본 연구 분야는 차세대 경량 고성능 소재 개발뿐 아니라 지속가능한 재료 시스템 구축에도 직접적으로 기여할 수 있는 핵심 연구 축이라 할 수 있다.

이 연구실의 또 다른 핵심 주제는 고분자 사슬이 나노미터 스케일의 제한된 공간과 구조화된 골격체 내부에서 어떻게 배열되고 얽히며 풀리는지를 이해하고, 이를 재료 설계에 적극 활용하는 것이다. 전통적인 복합재가 화학적 결합 형성이나 단순 혼합에 의존했다면, 이 연구는 고분자의 형태와 움직임 자체를 설계 변수로 삼아 새로운 물성을 창출한다는 점에서 차별성이 있다. 특히 분자 직조(molecular weaving), 나노구속(nanoconfinement), 가상 결합(pseudo bond)과 같은 개념을 통해 고분자의 변형과 회복 메커니즘을 정밀하게 제어하려는 시도가 중심을 이룬다. 공유결합 유기 골격체와 같은 3차원 다공성 나노구조는 고분자 사슬이 내부 기공을 통과하거나 표면과 결합하는 방식에 따라 전혀 다른 계면 구조를 형성하게 한다. 이러한 구조에서는 외부 응력이 가해질 때 고분자 사슬이 점진적으로 풀리며 에너지를 분산시키고, 동시에 계면에서의 하중 전달을 안정화하여 강도와 인성을 함께 향상시킬 수 있다. 또한 비정질 고분자를 나노입자 표면에 도입한 뒤 사슬의 배향과 얽힘 상태를 프로그램함으로써, 화학 결합의 생성이나 절단 없이도 높은 탄성률과 가역성을 갖는 복합재를 구현하는 연구도 수행되고 있다. 이 연구는 재료역학, 고분자물리, 나노과학이 융합된 분야로서, 미래형 스마트 소재 개발에 큰 잠재력을 가진다. 분자 수준에서 설계된 얽힘 구조는 손상 허용성, 피로 저항성, 복원성, 유연성 등 실사용 환경에서 중요한 특성을 동시에 만족시킬 수 있게 한다. 궁극적으로는 생체모사 재료, 유연 전자소자용 기판, 재사용 가능한 고성능 구조재, 진동 및 충격 흡수 소재 등 다양한 분야에서 기존 소재 패러다임을 바꾸는 기반 기술로 발전할 가능성이 높다.

연구실의 논문과 발표 주제를 종합하면, 이 연구실은 고성능 재료 개발뿐 아니라 지속가능성과 기능성을 동시에 확보하는 고분자 시스템에도 집중하고 있다. 대표적으로 효소를 나노 분산시켜 폴리에스터를 거의 완전하게 해중합하는 연구는 기존 플라스틱 재활용의 한계를 넘는 분자 수준의 순환경제 접근을 제시한다. 이는 단순한 폐기물 처리 기술이 아니라, 고분자 구조와 효소 활성 환경을 함께 설계하여 분해 효율을 극대화하는 정밀 재료과학 연구라 할 수 있다. 동시에 연구실은 에너지 저장용 유전체 소재와 같이 첨단 기능을 지닌 고분자 재료 개발도 수행하고 있다. 가혹한 환경에서도 높은 유전 강도와 안정성을 유지하는 폴리설페이트 유전체는 정전식 에너지 저장 장치, 커패시터, 차세대 전력전자 소자 등에서 중요한 의미를 가진다. 이러한 연구는 고분자의 화학 구조, 박막 형성, 계면 안정성, 전기적 절연 성능을 통합적으로 다루며, 기계적 특성과 전기적 특성을 동시에 만족하는 다기능 소재 설계 역량을 보여준다. 나아가 천연 자원 기반 기능성 복합재, 중금속 이온 제거 소재, 효소 분해 향상을 위한 계면 설계 등의 발표는 환경 정화와 자원 순환 측면으로 연구 범위가 넓어지고 있음을 시사한다. 즉, 이 연구실은 고분자와 복합재를 단순한 구조재가 아니라 에너지, 환경, 순환성까지 포괄하는 기능성 플랫폼으로 바라본다. 이러한 방향성은 친환경 소재, 재활용 가능 전자재료, 오염물 제거용 흡착제 등 사회적 요구가 높은 분야와 밀접하게 연결되며, 향후 산업적 파급력 또한 클 것으로 기대된다.