유기광열염료를 이용한 자가치유 렌즈 소재

 

국내 연구진이 자율주행에 쓰이는 센서 렌즈 표면의 스크래치를 스스로 복원할 수 있는 자가치유 렌즈 소재를 구현했다. 햇빛만으로 60초 이내 표면 상처를 반복 제거할 수 있다. 
한국화학연구원(원장 이영국)은 김진철·박영일·정지은 박사 연구팀과 경북대 김학린·정인우 교수 연구팀이 자율주행차 센서에 생기는 스크래치가 스스로 치유되는 소재를 개발했다고 20일 밝혔다.

렌즈는 카메라, 핸드폰, 안경, 거리 측정용 센서 등 수많은 광학기기에 사용되지만, 스크래치 등에 의해 표면이 손상되면 광학기기에서 받아들이는 이미지나 광신호가 심하게 왜곡된다. 특히 자율주행차의 눈이라 불리는 라이다 센서나 이미지 센서 등에 오류가 생겨, 교통사고로 이어질 위험이 크다.

자가치유가 잘 이루어지기 위해선 고분자 내 분자 이동이 자유롭고 소재가 유연해야 하는데, 일반적으로 렌즈나 렌즈 보호용 코팅 소재는 단단한 물질로 이루어져 있어 자가치유 기능을 부여하기가 어렵다. 이를 해결하기 위해 연구팀은 이미 렌즈 소재로 활용되고 있는 티오우레탄 구조 내에 투명한 광열염료를 섞은 후 햇빛을 비춰 고분자들이 해체와 재결합을 반복하는 '동적 화학결합'을 설계했다.

특히 연구진은 이미지 센서가 활용하는 가시광선 영역(350~850 nm)과 라이다 센서가 활용하는 근적외선 영역(~1550 nm)과는 간섭하지 않으면서 특정 근적외선 파장(850~1050 nm)의 빛만 선택적으로 흡수할 수 있는 투명한 유기 광열 염료를 개발했다.

개발된 소재는 햇빛이 흡수되면 빛 에너지가 열 에너지로 바뀌면서 표면 온도가 올라가고, 온도가 올라가면 고분자들이 원래의 그물망 구조에서 해체돼, 떨어졌다 붙었다를 반복하며 자가치유된다. 개발된 소재는 흠집이 서로 교차해 난 경우에도 100% 자가치유된다. 같은 위치에 흠집을 내고 치유하는 과정을 5회 이상 반복해도 자가치유 효율을 100% 유지하는 복원력을 보였다.

먼지나 표면 오염에 의한 센서 오작동을 방지하고자 하는 연구들은 기보고된 바 있다. 다만 렌즈 표면의 물리적 손상을 회복해 센서 오작동을 방지하는 본 기술은 신규 기술이다.

 

 

이영국 화학연 원장은 "본 기술은 값싼 고굴절 고분자 소재와 광열 염료를 이용해 자가치유가 가능한 렌즈 소재를 합성하는 플랫폼 기술로, 자율주행 자동차 센서 뿐만 아니라 안경이나 카메라 등 다양한 응용 분야에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

과학기술정보통신부 한국연구재단의 신진연구자 지원사업, 한국화학연구원 주요사업 지원을 받아 수행된 이번 연구 결과는 과학기술 분야 국제학술지 'ACS 어플라이드 머티리얼즈 앤 인터페이스' 2월호에 게재됐다.

 

 

Image ⓒ 고분자과학과기술vol.34no.1

 

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이**기자, hellodd, 20 Apr. 2023