기능성나노소재연구실(FNL)은 2005년 설립 이래 고부가가치 유·무기 나노소재의 개발과 응용에 집중해왔습니다. 본 연구실은 고분자 합성, 나노입자 및 캡슐화, 기능성 코팅 및 접착제, 고분자 복합소재 등 다양한 분야에서 세계적 수준의 연구를 수행하고 있습니다. 특히, 자기치유 고분자, 자극감응성 스마트 고분자, 그래핀 및 탄소나노튜브 분산 기술 등 첨단 소재 개발에 있어 국내외 특허와 논문, 산학협력 실적을 다수 보유하고 있습니다.
연구실의 핵심 연구 분야 중 하나인 자기치유 고분자 소재는 자동차, 전자, 건축 등 다양한 산업 분야에서 요구되는 내구성, 반복 치유성, 저온 치유성, 투명성 등 고기능성을 구현하고 있습니다. 동적 공유결합, 수소결합, 가역 네트워크 구조 등 다양한 자기치유 메커니즘을 활용하여, 실제 산업 현장에서 적용 가능한 혁신적 소재를 개발하고 있습니다. 또한, 광유도, NIR 유도 등 외부 자극에 반응하는 자기치유 소재도 활발히 연구 중입니다.
자극감응성 스마트 고분자 및 나노입자 합성 분야에서는 온도, pH, 빛, 자기장 등 다양한 외부 자극에 반응하는 고분자 및 복합소재를 개발하고 있습니다. 생체모방형 소재, 스마트 센서, 약물전달 시스템, 바이오미메틱스 등 미래형 첨단 응용 분야로의 확장성을 확보하고 있으며, 실제 산업화 및 상용화를 위한 연구도 병행하고 있습니다.
그래핀 및 탄소나노튜브 분산 기술과 고분자 복합소재 연구는 차세대 전자재료, 에너지 저장장치, 환경 정화 소재 등 다양한 분야에 적용되고 있습니다. 블록공중합체, 계면활성제 등을 이용한 나노소재의 분산 및 복합화 기술을 통해, 고성능·고기능성 복합소재의 상용화 가능성을 높이고 있습니다. 이러한 연구는 국내외 기업, 연구소와의 협력 및 기술이전으로 이어지고 있습니다.
FNL은 다양한 정부·산업체 과제 수행, 우수 논문 및 특허 출원, 산학협력 실적 등으로 국내외에서 인정받고 있으며, 고급 인력 양성과 첨단소재 산업 발전에 기여하고 있습니다. 앞으로도 친환경, 고기능성, 스마트 소재 개발을 통해 미래 산업의 혁신을 선도할 것입니다.
자기치유 고분자 소재는 외부 자극이나 손상에 대해 스스로 복원할 수 있는 혁신적인 기능성 소재로, 최근 다양한 산업 분야에서 각광받고 있습니다. 본 연구실에서는 동적 공유결합, 수소결합, 가역적 네트워크 구조 등 다양한 자기치유 메커니즘을 활용하여, 아크릴계, 우레탄계, 폴리우레아계 등 다양한 고분자 기반의 자기치유 소재를 개발하고 있습니다. 특히, 자동차 외장용 클리어코트, 전자기기 보호필름, 건축 내외장재 등 실제 산업 현장에서 요구되는 내구성, 투명성, 반복 치유성, 저온 치유성 등 다양한 특성을 동시에 만족시키는 소재를 설계하고 있습니다.
이러한 자기치유 고분자 소재의 핵심은 외부 환경(온도, 습도, 빛 등)에 따라 치유 반응이 유도되도록 분자 구조를 정밀하게 제어하는 데 있습니다. 예를 들어, 저온에서도 수분 흡수에 의한 팽윤 효과와 형상기억 효과를 활용하여 상처 부위의 접촉을 유리하게 하고, 탄산수나 CO₂ 환경에서 새로운 공유결합 형성을 촉진함으로써 치유 효율을 극대화합니다. 또한, 광유도 자기치유, NIR(근적외선) 유도 자기치유 등 다양한 외부 자극에 반응하는 소재도 개발하여, 실시간·현장 적용성을 높이고 있습니다.
본 연구실의 자기치유 고분자 연구는 국내외 특허 출원 및 등록, 다수의 SCI 논문 발표, 산업체와의 공동연구 및 기술이전 등으로 이어지고 있습니다. 앞으로도 친환경적이고 고기능성 자기치유 소재의 상용화, 다양한 응용 분야로의 확장, 그리고 차세대 스마트 소재 개발을 목표로 연구를 지속할 예정입니다.
자극감응성 스마트 고분자 및 나노입자 합성
자극감응성 스마트 고분자 소재는 외부 환경 변화(온도, pH, 빛, 자기장 등)에 따라 물리적·화학적 특성이 변화하는 지능형 소재로, 바이오, 의료, 에너지, 환경 등 다양한 분야에서 응용이 확대되고 있습니다. 본 연구실에서는 열, 빛, pH, 이온강도, 자기장 등 다양한 자극에 반응하는 블록공중합체, 랜덤공중합체, 고분자 나노입자 및 캡슐을 합성하고, 이들의 구조적·기능적 특성을 정밀하게 분석하고 있습니다.
특히, 문어 등 해양생물의 위장 메커니즘에서 영감을 받은 생체모방형 자극감응성 고분자 연구를 통해, 색상 변화, 표면 패턴 변화, 위장 기능 등 다양한 기능을 구현하고 있습니다. 예를 들어, 스피로나프톡사진(SPO), 스피로피란 등 광변색 화합물을 도입한 고분자는 자외선 조사 시 색상 변화와 형태 변화를 동시에 유도할 수 있으며, 이러한 특성을 활용해 스마트 센서, 약물 전달 시스템, 바이오미메틱스, 액추에이터 등 첨단 응용 분야로의 확장이 가능합니다.
또한, 자극감응성 고분자 기반의 마이크로/나노입자, 캡슐, 필름, 코팅 등 다양한 형태의 소재를 제조하고, 이들의 응용성을 높이기 위한 표면 개질, 기능성 도입, 복합화 연구도 활발히 진행 중입니다. 이러한 연구는 미래형 스마트 소재 및 시스템 개발에 중요한 기초를 제공하며, 산업적·학문적 파급효과가 매우 큽니다.
그래핀 및 탄소나노튜브 분산 기술과 고분자 복합소재
그래핀과 탄소나노튜브(CNT)는 우수한 전기적, 기계적, 열적 특성으로 인해 차세대 첨단소재로 주목받고 있습니다. 그러나 이들의 실제 응용을 위해서는 고분자 매트릭스 내에서의 균일한 분산과 계면 안정성 확보가 필수적입니다. 본 연구실에서는 고분자 분산제, 블록공중합체, 계면활성제 등을 이용한 그래핀 및 CNT의 액상 박리 및 분산 기술을 개발하고, 이를 기반으로 한 고기능성 복합소재를 연구하고 있습니다.
특히, 블록공중합체 분산제의 설계와 합성을 통해 그래핀의 콜로이드 안정성, 분산 효율, 복합소재 내 기계적·전기적 특성 향상 등을 실현하고 있습니다. 또한, 그래핀-고분자 복합체, CNT-고분자 복합체의 제조 및 특성 분석, 응용 연구(투명전극, 방열소재, 배리어 필름, 센서 등)도 활발히 이루어지고 있습니다. 이러한 연구는 고성능 전자재료, 에너지 저장장치, 환경 정화 소재 등 다양한 분야에 적용될 수 있습니다.
그래핀 및 CNT 분산 기술은 다수의 특허와 논문, 산학협력 프로젝트로 이어지고 있으며, 산업적 실용화 가능성이 매우 높습니다. 앞으로도 본 연구실은 나노소재의 분산 및 복합화 기술을 선도적으로 개발하여, 차세대 융합소재 산업 발전에 기여할 계획입니다.
