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물리적 변형을 색으로 읽는 메카노크로믹 스마트 센서 개발 

자연과학대학 화학과 이재범 교수 연구팀이 전력 없이 무선으로 인장, 굽힘, 눌림 등 다양한 기계적 변형을 색 변화로 감지할 수 있는 메카노크로믹 센서를 개발했다.

이번 연구 성과는 화학공학 분야 국제학술지 ‘Chemical Engineering Journal’(IF: 13.3, 상위 3.5%)에 9월 6일 게재됐다. 이번 연구는 원유광 박사와 김정효 박사가 공동 제1저자로, 이재범 교수가 교신저자로 참여했다.

※ 논문제목: Mechanochromic strain sensor by magnetoplasmonic amorphous photonic arrays

이재범 교수팀이 이번 연구를 통해 개발한 메카노크로믹 센서는 카멜레온이나 문어가 피부색을 자유롭게 변화시키는 원리를 모사한 가변형 스마트 소재로써 전원이나 전선 없이 작동 가능한 물리 자극 응답형 스트레인 센서다.

이번 메카노크로믹 센서는 신체 관절의 움직임을 측정하는 웨어러블 센서나 건설 구조물 건전도를 모니터링하는 자가 리포팅 페인트 센서, 산술논리연산장치, 정보보안 소재 등 다양한 분야에 활용될 수 있다.

이재범 교수팀은 선명하면서도 보는 각도에 따라 색이 변하지 않는 비정질 구조색 패턴을 구현하기 위해 자기장 기반 자가조립 기법을 사용해 자성 금속 입자를 쌓고, 이를 플렉서블 기판으로 전사하는 방식으로 디바이스를 제작했다.

그 결과, 외부 변형에 따라 광결정 구조가 변형되면서 빛의 산란 및 흡수 특성이 달라져 청색에서 적색 등으로 뚜렷한 색상 변화를 나타냈다.

이재범 교수팀이 제작 방법은 기존의 구조색 광결정 프린팅 기법에 비해 제조 공정이 간단하고 비용이 저렴하며, 다양한 특성을 자유롭게 조절할 수 있는 장점을 갖고 있다. 

이재범 교수팀은 신축성 패치 센서 플랫폼에서 동작 모션 캡처, 구조물 변형 모니터링, 정보 암호화 등 메카노크로믹 센서의 다양한 응용 가능성을 성공적으로 시연했다.

□ 논문링크: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894724067883