[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 정유공장에서 버려지는 황을 재활용해 순환형 4D 프린팅 기술을 개발했다.

한국화학연구원 김동균 박사와 한양대 위정재·세종대 김용석 교수 공동연구팀이 황 고분자로 온도·빛·자기장에 반응하는 4D 프린팅 기술을 세계 최초로 개발했다고 4일 밝혔다.

최근 정유공정에서 발생하는 다량의 황 부산물을 새로운 자원으로 활용할 수 있는 신기술 개발이 부각되면서 '황 플라스틱'이 크게 주목받고 있다.
 
황 플라스틱은 일반 플라스틱이 투과하지 못하는 적외선을 통과시켜 적외선 카메라렌즈 소재로 사용할 수 있고 중금속을 흡착해 수질정화에도 활용가능, 환경오염 저감과 첨단산업 발전에 동시에 기여하는 친환경·자원순환형 소재로 평가받는다.

하지만 황 플라스틱은 소재 내부가 촘촘하게 그물처럼 얽혀 있어 유동성이 낮아 노즐을 통해 정교하게 뽑아낼 수 없기 때문에 복잡한 모양을 만드는 3D 프린팅 기술에 적용하기가 매우 어렵다.

이번에 공동 연구팀은 내부 그물구조를 느슨하게 설계해 복잡한 모양도 손쉽게 프린팅할 수 있는 새로운 황 플라스틱을 개발, 기존 문제를 극복했다.

특히 황 플라스틱의 황 함량과 그물구조를 정교하게 조절해 온도나 빛 같은 자극에 모양이 변하는 '형상기억'이 가능한 4D 프린팅 기술을 확보했다. 별도의 장치 없이 소재 자체가 스스로 형태를 바꾸는 지능형 구조체다.

연구팀은 "특수 레이저를 8초간 비추면 그 에너지가 소재내부의 결합을 순간적으로 끊었다가 다시 이어주는 용접 역할을 한다"며 "이로  접착제 없이도 조각들을 단단하게 붙일 수 있고 마치 레고 블록을 조립하듯 정교하고 복잡한 4D 구조물을 출력할 수 있다"고 설명했다.

연구팀은 이 황 플라스틱에 철가루를 20% 혼합해 별도의 동력 없이도 움직일 수 있는 1㎝ 이하 크기의 '소프트 로봇'을 개발했다.

이 로봇은 소재가 가진 형상기억 능력에 철가루의 자기장 반응 기능이 더해져 자석의 움직임을 따라 정교한 동작을 수행할 수 있다.

제작된 4D 구조물은 사용 후 다시 녹여 프린팅 원료로 100% 재사용할 수 있어 완벽한 자원 순환도 가능하다.

화학연 김동균 박사는 "이번 연구는 산업 부산물인 황을 첨단 로봇재료로 업사이클링한 최초의 사례"라며 "스스로 움직이고 재활용까지 가능한 스마트소재는 미래 소프트로봇 및 자동화산업의 핵심 동력이 될 것으로 기대된다"고 밝혔다.


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