특허 개요
본 특허는 작은 늘어남도 색 변화로 보여주는 오그제틱 구조 기반 역학변색 필름입니다. 개구부를 가진 오그제틱 프레임워크가 인장 시 회전·다방향 팽창하면서 내부 광결정 패턴에 국부 스트레인을 집중시키고, 콜로이드 입자 배열 간격 변화에 따른 구조색 변화를 이용해 변형을 판별합니다. 제1 수직 패턴과 수평 패턴의 색 편이를 함께 활용하며, 색 변화 없이 회전하는 제2 수직 패턴은 기준 색상 역할을 하도록 구성됩니다.
- 핵심 기능
필름이 인장되면 오그제틱 프레임워크의 개구 구조가 변형되어 광결정 패턴에 전체 필름보다 큰 국부 스트레인을 유도하고, 광결정 배열 간격 변화가 색 편이로 나타납니다. 수직·수평 패턴의 위치별 색 변화와 기준 색상을 함께 비교해 스트레인 크기와 방향을 판별합니다.
- 차별 강점
일반 탄성 필름은 가시적인 색 변화를 얻기 위해 상대적으로 큰 변형이 필요해 미세 스트레인 감지에 한계가 있습니다. 본 특허는 오그제틱 개구 프레임워크로 국부 스트레인을 증폭하고 다방향 패턴의 색 편이를 다중 지표로 활용해 미세 변형의 판별 정확도를 높인 점이 차별점입니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 콘크리트·강철·복합재 구조물의 미세 균열 모니터링, 응력·변형 및 피로파괴 가시화, 비색 스트레인 센서 분야에 활용 가능하며, 웨어러블 디스플레이와 광학 표시 소재 연구로도 확장할 수 있습니다. 사업 측면에서는 구조물 안전진단용 센서 패치, 변형 이력 표시 필름, 웨어러블 표시부, 위조 방지 패치 제품군으로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
우레탄 아크릴레이트·이소보닐 아크릴레이트 기반 오그제틱 프레임워크와 PEGPEA·실리카 광결정부로 구성한 실시예 시편을 수평 인장해 기계적 특성과 색 변화 거동을 확인했습니다. 패턴 위치와 방향에 따라 상이한 색 편이 및 국부 스트레인이 관찰됐으나, 실제 구조물 부착 환경의 장기 내구성·반복 피로·현장 센싱 성능은 추가 검증이 필요합니다.
- 시료: 우레탄 아크릴레이트·이소보닐 아크릴레이트 오그제틱 프레임워크와 PEGPEA·실리카 광결정부 역학변색 필름
- 비교 시료: 개구 패턴이 없는 프레임워크 소재 벌크 필름 및 동일 실리카 분산물 벌크 필름
- 인장·제조 조건: 수평 인장, 실리카 평균 직경 228nm·부피 분율 0.4·카본블랙 0.03중량%, 50℃에서 15분 열처리 후 UV 1분 노출
현재 성과
수직 광결정 패턴과 수평 광결정 패턴은 전체 스트레인에 따라 서로 다른 색역 값을 나타냈고, 전체 스트레인과 1:1 대응이 가능했습니다. 위치별·방향별 색 편이를 함께 사용해 작은 변형을 광학적으로 판별하는 방식입니다.
실시예 시편에서 오그제틱 프레임워크 필름의 모듈러스를 측정하고, 개구 패턴이 없는 동일 조성 벌크 필름과 비교했습니다. 수평 인장 조건에서 수직·수평 광결정 패턴의 위치별 색 변화와 국부 스트레인 거동도 함께 확인했습니다.
오그제틱 개구 프레임워크 내부에 제1 수직 패턴과 수평 패턴을 배치해 국부 스트레인을 증폭하고, 위치·방향별 색 편이를 활용합니다. 색 변화 없이 회전하는 제2 수직 패턴을 기준 색상으로 활용하도록 구성한 점이 단일 색 변화 기반 감지 방식과 구별됩니다.
상용화까지 남은 부분
실제 콘크리트·강철·복합재 구조물 부착 환경에서의 센싱 성능 검증
반복 인장과 장기 사용 조건에서의 피로 내구성 및 광학 응답 안정성 확인
대면적 필름 제조 공정의 재현성 및 패턴 균일성 확보
현장 조도·관찰 각도·온도 변화가 색 판별 정확도에 미치는 영향 검증
기술 이전 형태·도입 과정
도입은 이렇게 진행됩니다.
검토 미팅
귀사 상황·데이터 구조 기준으로 적합성을 논의합니다. 자료 검토만으로 끝나도 됩니다.
PoC 공동 검증
연구팀 동행 하에 귀사 데이터 기준 재학습·성능을 확인합니다.
라이센싱 계약
PoC 결과를 기반으로 희망 형태(실시권·공동연구 등)를 협의합니다.
기술지도·후속
도입 초기 기술지도, 필요 시 후속 공동연구·정부과제 연계까지 진행합니다.
특허 정보
오그제틱(Auxetic) 구조를 갖는 역학변색 필름 및 그 제조 방법
10-2023-0125421 (2023.09.20)
1020250042879 (2025.03.28)
미등록 (심사 중)
김신현 (한국과학기술원), 이환영 (한국과학기술원)
한국과학기술원