스마트 직물용 부드러운 섬유를 만드는 생체모방 공정

2023년 8월 1일 | 제럴드 온드리(Gerald Ondrey)

지능형 섬유가 효과적으로 기능하려면 강하고 신축성이 있으며 전기 전도성이 있어야 합니다. 그러나 이 세 가지 특성을 지닌 섬유를 제조하는 것은 어려운 일이었습니다.

거미가 거미줄을 만들기 위해 실크를 뽑는 방법에서 영감을 얻어 국제 연구진이 이 세 가지 핵심 특성을 지닌 부드러운 섬유를 생산하는 방법을 개발했습니다. 싱가포르국립대학교(NUS; www.nus.sg) 디자인공학대학 재료공학과 조교수 Tan Swee Ching이 주도한 이 연구는 Nature Electronics 최신호에 보고되었습니다.

합성 섬유를 제조하는 기존의 방사 방법에는 고압, 높은 에너지 투입, 대량의 화학 물질 및 특수 장비가 필요합니다. 더욱이, 생성된 섬유는 일반적으로 제한된 기능을 갖습니다. 대조적으로, 거미줄 방적 공정은 실온과 압력에서 강력하고 다양한 섬유를 형성합니다. 연구팀이 모방할 수 있는 거미줄 형성의 두 가지 독특한 단계가 확인되었습니다. 첫 번째는 고농축 단백질 용액(실크 도프)이 섬유 가닥으로 변화하는 것입니다. 확인된 두 번째 단계는 실크 도프에서 액체 부분을 분리하는 데 도움이 되는 외부 요인에 의해 촉발될 때 도프 내의 단백질 배열이 변경되어 고체 실크 섬유가 남게 된다는 것입니다. 팀은 두 단계를 재현하고 PSEA(상 분리 가능 대기) 회전 접근 방식으로 알려진 새로운 회전 프로세스를 개발했습니다.

부드러운 섬유는 디메틸포름아미드에 용해된 폴리아크릴로니트릴(PAN)과 은 이온(PANSion)으로 구성된 점성 겔 용액에서 방사되었습니다. 겔을 주변 조건에서 잡아당겨 회전시키면 부드러운 섬유가 형성됩니다. 공기에 노출되면 공기 중의 물 분자로 인해 겔의 액체 부분이 겔의 고체 부분에서 분리됩니다. 이는 비용매 증기 유도 상분리 효과로 알려진 현상입니다. 물방울은 중력에 의해 간단히 제거됩니다.