“오늘의 기술이 내일의 미래”
한계 극복을 위한 고분자 소재 기술
1969년 7월 16일, 유인 우주선 아폴로 11호가 인류 최초로 지구 궤도를 벗어나 달에 무사히 착륙하였다. 이 순간은 지금도 인류가 기억하는 역사적 장면이다. 그런데 우주인들은 어떻게 달에 도착하고, 탐사를 마칠 수 있었을까? 달은 표면 온도가 태양 빛이 도달하는 곳은 영상 250도, 빛이 없는 곳은 영하 120도에 이르는 극한 환경이다. 최초로 달 표면에 닿은 고분자 소재, 남기호 교수팀을 찾아 알아보았다.
고분자 한계를 뛰어넘는 ‘폴리이미드’ 매력에 빠지다
기능성 고분자 합성과 복합소재의 계면·표면 현상 관련 연구를 10여 년간 지속해 오며 연구경력을 쌓은 남기호 교수는 2021년 9월 경북대에 임용돼 독립 연구와 인력양성에 매진할 수 있는 최고의 기회를 얻었다. “여러 관문을 거친 후 간절한 기다림 끝에 찾아온 신규 임용은 기쁘고 감사한 소식이었습니다. 많은 것들이 바뀌고 새로워졌으며 설렘과 두려움 사이 외줄 타기를 하는 듯한 시간을 보내고 있지만, 이른 아침 연구실 창밖에서 들어오는 따스한 햇살을 맞으며 시작하는 하루는 저에게 행복감을 줍니다” 그의 멘트가 상당히 서정적이다. 연구 일상을 소개하는데 이렇게 평화로운 느낌이 들기까지, 내공을 쌓기 위해 몸과 마음을 갈고닦았을 그의 노고가 느껴진다.
10년 전 고분자의 한계를 뛰어넘는 폴리이미드(Polyimide)의 특성에 매료돼 관련 연구를 꾸준히 지속하고 있다는 그는 현재 폴리이미드의 산업적 응용 연구에 몰두하고 있다고 밝혔다. 폴리이미드는 우주개발에 사용할 목적으로 개발된 대표적인 고내열성 엔지니어링 플라스틱으로 영하 273도에서 영상 400도까지 광범위한 온도 변화에도 물성이 변하지 않으며, 아폴로 11호의 달 탐사 임무를 위해 제작된 우주복에 사용된 소재로 잘 알려져 있다. 이미드 고리의 화학적 안정성을 기초로 하여 우수한 기계적 강도, 내화학성, 내후성, 전기 절연성으로 우주항공, 자동차, 전자재료, 디스플레이 및 군사용 장비에 이르기까지 견고한 유기재료를 요구하는 다양한 분야에서 폭넓게 사용되고 있다. 특히, 폴리이미드를 활용해 기존 디스플레이의 한계를 뛰어넘어보자는 것이 그의 중점 연구계획인데, 유연한(Flexible) 디스플레이가 주목받는 지금, 디스플레이와 투명 폴리이미드 화학기술이 결합하면서 기존의 딱딱한 사각형 틀을 벗어나 깨지지 않는(Unbreakable), 구부러지는(Curved), 둥글게 말 수 있는(Rollable), 접을 수 있는(Foldable), 신축성 있는(Stretchable) 등 우월한 성능을 구현할 수 있을 것으로 기대되지만, 아직은 기술적 난제가 남아있어 지속적인 연구가 필요하다.
식물성, 석유화학 폐기물 스마트하게 활용하는 방법
남기호 교수가 또 하나 주목받는 건, 고분자 폐기물의 업사이클링을 위한 환경친화적 광학 공정연구이다. 자원 재활용은 탄소 중립 시대의 중요한 화두 중 하나다. 남 교수가 가장 많이 배출되는 폐기물로 손꼽히는 폐섬유·플라스틱(폐합성고분자화합물)의 업사이클링 방안을 제시해 앞으로 연구 활동이 기대된다. 흔히 헌 옷, 비닐장갑 등으로 대표되는데, 폐섬유와 난분해성 플라스틱 재활용은 자원순환 관점에서 시대적 요구가 높다. 특히 코로나 19 장기화로 매년 폐기물 발생량이 가속화돼, 관련 연구의 중요성이 점점 커지고 있고, 연구자들의 다양한 시도도 진행되고 있다. “폐자원을 전구체로 활용해 고품질 탄소화 전환 광학 공정기술 개발에 도전하고자 합니다. 이는 탄소 중립이라는 전 세계적인 환경 이슈와 맥을 같이 함은 물론 자원 순환형 경제 구조로 이어질 수 있는 새로운 대안을 제시할 수 있을 것입니다”라며 그는 덧붙여 “적외선 레이저 기반 롤투롤(Roll-to-roll processing, R2R) 초정밀 탄화 패터닝 공정기술은 아직 전무후무하며, 기술개발이 성공하면 이를 플랫폼 삼아 전자재료, 청정환경 및 에너지 분리막, 바이오메디컬 디바이스 등 다분야 응용에 적용할 수 있으리라 생각합니다”라고 밝혔다. 남 교수는 현재 한국연구재단이 추진하는 ‘우수신진연구’ 과제와 ‘최초혁신실험실’ 사업을 통해 본 연구를 수행 중이다. 기존의 한계를 뛰어넘는 신소재를 합성하고 새로운 응용 분야에 도전하는 공정기술까지, 그 긴 여정에 이제 첫발을 내디딘 남기호 교수팀의 미래가 더욱더 기대된다.
[이슈메이커=임성희 기자]
