스크래치와 충격에 모두 강한 차세대 투명 보호필름 개발

유연 유기태양전지 적용 시 본 연구 코팅 구조의 마모 내구성 및 광학 특성 변화. GIST 제공

[파이낸셜뉴스] 긁힘에는 강하고 충격에는 유연하게 대응할 수 있는 차세대 보호 소재가 개발됐다.

광주과학기술원(GIST)은 강홍규 차세대에너지연구소 부소장 연구팀이 소재 자체를 바꾸는 대신, 서로 다른 재료가 만나는 '경계면'을 정밀하게 제어하는 전략을 통해 단단하면서도 잘 깨지지 않는 보호 필름 제조 기술을 개발했다고 4일 밝혔다.

이번 연구는 긁힘에는 강하지만 충격에 약하거나, 반대로 충격에는 강하지만 쉽게 긁히는 기존 소재의 한계를 동시에 해결한 기술로, 실제 사용 환경에서 요구되는 내구성을 충족할 수 있는 보호 소재의 구현 가능성을 제시했다는데 의미가 있다는 평가다.

연구팀은 고내구성의 실록산(siloxane)과 접착성이 우수한 에폭시(epoxy)를 결합한 중간 접착층을 구축했다. 실록산은 실리콘(Si)과 산소(O) 결합이 반복되며 그물처럼 얽힌 3차원 네트워크 구조를 형성하고, 이 구조가 외부 충격을 효과적으로 분산시키는 동시에 표면 경도를 높여 재료의 안정성을 향상시킨다.

여기에 고리형 에폭시(cycloaliphatic epoxy)와 글리시딜 에폭시(glycidyl epoxy)를 함께 활용해 경화 이후에도 일부 반응 가능한 부분이 남아 있도록 설계했다. 이 부분이 상부 코팅층과 추가적인 화학 결합을 형성해 계면 접착력이 더욱 강화되는 것을 확인했다.

실제 연구팀이 스크래치 테스트와 낙하·충격 시험, 광학 투과도 측정, 반복 내구성 시험 등을 통해 성능을 종합적으로 검증한 결과, 연필 경도(7H, 매우 단단한 연필심 수준) 수준의 강한 마찰에도 흠집이 거의 발생하지 않았다. 또 약 40J(작은 물체가 빠르게 떨어지는 충격에 해당하는 수준)의 충격에서도 파손 없이 구조 안정성을 유지하는 것으로 확인됐다. 유기 태양전지 모듈에 적용한 결과에서는 기존 폴리카보네이트 기반 구조 대비 기계적 안정성과 신뢰성이 모두 향상된 것으로 나타났다. 반복 굽힘 시험에서도 성능 저하 없이 유연성이 유지돼 대면적 패널이나 곡면 디스플레이 등 다양한 형태로의 적용 가능성이 확인됐다.

강홍규 부소장은 "이번 연구는 표면 경도와 충격 저항성 간의 상충 관계를 계면 공학적으로 해결해 두 특성을 동시에 확보한 범용 보호 소재 기술"이라며"디스플레이, 태양전지, 모빌리티 등 다양한 산업 분야와 대면적 공정에 적용 가능한 플랫폼 기술로 확장될 수 있다"고 밝혔다.

이 기술은 한국발명진흥회(KIPA)의 특허분석평가시스템(SMART5)에서 AA 등급을 획득하며 우수성을 인정받았으며, 연구 결과는 재료 및 코팅 분야 국제학술지 'Progress in Organic Coatings' 6월 호 게재가 확정됐다.

기술이전 관련 협의는 기술사업화실을 통해 진행할 수 있다.

[e-mail] 연지안 기자