최효성 한양대 교수팀, 압력만으로 빛나는 '무전원 신발 소재' 개발

[서울=뉴시스]박시은 인턴 기자 = 한양대학교는 최효성 화학과 교수 연구팀이 별도의 외부 전원 없이 밟거나 걸을 때 스스로 빛을 내는 미케노발광(ML·Mechanoluminescence) 폼 기반 신발 밑창을 개발했다고 29일 밝혔다.

미케노발광은 압력과 충격, 굽힘 등 기계적 자극을 빛으로 변환하는 현상이다. 배터리나 전기회로 없이 움직임만으로 빛을 낼 수 있어 야간 안전용 신발과 웨어러블 장치, 자가발광 소재 등에 활용할 수 있는 기술로 주목받고 있다.

다만 기존 미케노발광 복합소재는 두꺼운 형태로 제작할 경우 외부에서 가해진 힘이 소재 표면에 집중돼 내부까지 전달되지 않는 한계가 있었다.

이를 해결하기 위해 연구팀은 미케노발광 입자인 구리 도핑 황화아연(ZnS)과 실리콘 고분자 폴리디메틸실록세인(PDMS)에 알루미나(Al₂O₃) 입자를 첨가했다. 알루미나 표면에 흡착된 산소와 수분은 열경화 과정에서 자연스럽게 기포를 형성해 소재 내부에 다공성 구조를 만든다.

이는 밑창을 밟을 때 발생하는 힘을 소재 내부로 고르게 분산시켜 표면뿐만 아니라 내부에 있는 발광 입자까지 빛을 내도록 했다. 또한 알루미나가 지닌 강한 양의 마찰전기 특성은 PDMS와 맞닿는 계면의 전기장을 강화해 ZnS 입자의 빛 방출을 촉진한다.

연구팀은 개발한 미케노발광 폼을 실제 신발 밑창 형태로 제작해 성능을 검증했다. 압력이 가해진 부분에서는 녹색 빛이 발생했으며, 발뒤꿈치에서 앞부분으로 하중이 이동하는 보행 과정에 따라 빛나는 위치도 함께 변화했다.

아울러 약 230시간의 대기 노출과 10시간의 자외선 조사, 약 60℃의 고온 및 물속 침수 시험 이후에도 초기 발광 성능의 약 90%를 유지해 야외 착용 환경에서의 안정성과 활용 가능성도 확인됐다.

최효성 한양대 화학과 교수는 "이번 연구는 밟고 걷는 일상적인 움직임만으로 신발 밑창 전 영역에서 빛을 낼 수 있도록 한 자가발광 소재 기술"이라며 "별도의 전원 없이 작동하기에 야간 보행 안전용 신발을 비롯한 다양한 웨어러블 제품에 활용될 수 있을 것"이라고 밝혔다.

이번 연구 결과는 '야간 안전 신발을 위한 고효율 체적 미케노발광을 구현하는 이중 기능성 알루미나 첨가제(Dual-Functional Alumina Additive Enabling Efficient, Volumetric Mechanoluminescence for Nighttime Safety Footwear)'라는 제목으로 재료과학 분야 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)' 온라인판에 지난 4일 게재됐다.

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