자율주행을 위한 센서 렌즈 표면 스크래치를 스스로 복원할 수 있는 자가치유 렌즈 소재가 개발됐다. 긁힌 자국을 60초 이내에 제거할 수 있는 투명한 렌즈 소재다.
한국화학연구원(원장 이영국)은 김진철·박영일·정지은 박사팀과 김학린·정인우 경북대 교수팀이 이 같은 성과를 냈다고 20일 밝혔다.
자가치유 광학 소재를 자율주행차 센서에 활용할 경우 제품 사용 기대 수명을 늘릴 수 있으며, 표면 손상으로 인한한 오작동 사고를 방지할 수 있는 미래기술 확보가 가능할 것으로 전망된다.
자가치유가 잘 이뤄지려면 고분자 내 분자 이동이 자유롭고 소재가 유연해야 하는데, 일반적으로 렌즈나 렌즈 보호용 코팅 소재는 단단한 물질로 이뤄져 있으므로 자가치유 기능을 부여하기가 매우 어렵다.
연구팀은 이미 렌즈 소재로 활용되는 티오우레탄 구조 내에 투명한 광열 염료를 섞은 후, 햇빛을 비춰 고분자들이 해체와 재결합을 반복하는 '동적 화학결합'을 설계했다.
특히 이미지 센서가 활용하는 가시광선 영역(350~850㎚), 라이다 센서가 활용하는 근적외선 영역(~1550㎚)과는 간섭하지 않으면서 특정 근적외선 파장(850~1050㎚) 빛만 선택적으로 흡수하는 투명한 유기 광열 염료를 개발했다.
개발 소재는 햇빛을 흡수하면 빛 에너지가 열에너지로 바뀌면서 표면 온도가 올라가고, 온도가 올라가면 고분자들이 원래의 그물망 구조에서 해체돼 떨어졌다 붙었다를 반복하며 자가치유 된다. 개발 소재는 흠집이 서로 교차해 난 경우에도 100% 자가치유 되며, 같은 위치에 흠집을 내고 치유하는 과정을 5회 이상 반복해도 자가 치유 효율을 100% 유지하는 우수한 복원력을 보였다.
먼지나 표면 오염에 의한 센서 오작동을 방지하고자 하는 연구들은 이미 보고된 바 있으나, 렌즈 표면 물리적 손상을 회복해 오작동을 방지하는 이번 기술은 기술적 우위를 선점할 수 있을 것으로 기대된다.
이영국 원장은 “이번 기술은 값싼 고굴절 고분자 소재와 광열 염료를 이용해 자가 치유가 가능한 렌즈 소재를 합성하는 플랫폼 기술로, 자율주행 자동차 센서 뿐만 아니라 안경이나 카메라 등 다양한 응용 분야에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
이번 연구 결과는 과학기술 분야 국제학술지 'ACS 어플라이드 머티리얼즈 앤 인터페이스' 2월호에 게재됐다.
또 이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단의 신진연구자 지원사업, 화학연 주요 사업 지원을 받아 수행됐다.
김영준기자 kyj85@etnews.com
