일본산업뉴스요약

구조물 열화 감지하는 고무
도쿄이과대학, 작은 요철에도 변색하는 고무 재료 개발

도쿄이과대학의 후루미(古海) 교수와 대학원생 후카와(府川) 씨는 물체에 장착하면 작은 요철에도 반응하여 변색하는 고무 재료를 개발하였다. 나선형 분자를 즐비하게 늘어놓아 만든 시트에 압력을 가하면 빛의 반사 방식이 바뀐다. 터널의 외벽 등에 붙이면 색의 변색 상태로 외벽의 변형을 알 수 있기 때문에 열화가 어느정도 진행됐는지 파악할 수 있다. 3년 후의 실용화를 목표한다.

이번에 개발한 고무 재료는 식물에 포함된 셀룰로오스로 합성한다. 특정 물질을 셀룰로오스에 붙여서 분자를 나선형으로 하였다. 이들을 규칙적으로 늘어놓으면 특정 파장의 빛을 반사한다. 나선의 폭에 따라 반사하는 빛의 파장이 바뀌면서 변색한다.

유리기판 위에 분자의 방향을 한쪽으로 맞추는 배향막(Alignment Film)을 제작하여 고무 재료가 벗겨지도록 불소를 포함한 약제로 덮는다. 그물코 모양으로 분자를 연결하는 가교제(Crosslinking Agent)를 섞어 액체 원료를 표면에 얇게 바른다. 그 위에 자외선을 조사하면 반응이 진행되면서 탄력 있는 고무 재료 시트가 만들어진다.

개발한 고무 재료로 두께 약 500마이크로미터(마이크로는 100만분의 1)의 시트를 시작하여 성능을 조사하였다. 압축하여 변형시키면 적색에서 녹색으로 변색되고 원래 모양으로 하면 적색으로 되돌아왔다. 이 작업을 100회 정도 반복해도 거의 열화되지 않았다.

시트를 붙인 물체에 조금이라도 요철이 있다면 그 부분의 색이 변한다. 동전에 시트를 올려 투명한 판으로 눌러 색의 변화를 관찰한 결과, 숫자나 모양 등이 녹색으로 두드러졌다. 최소 50마이크로미터 정도의 요철을 색으로 판별할 수 있다고 한다.

터널 등의 외벽에 붙여 열화로 변형된 부분을 감지하는 용도를 상정하고 있다. 기존에는 해머로 두들겨서 그 소리로 균열이나 어그러짐을 판별하였다. 새로운 재료를 활용하면 조기에 이상을 발견할 수 있다고 한다.

의료분야에서는 약한 힘으로도 색이 변하는 고무 재료를 손목에 감아 맥박을 조사하는 센서에 사용할 수 있다. 침대에 깔아 같은 곳에 눕지 않도록 하면 욕창을 방지할 수 있다.

앞으로 셀룰로오스에 붙이는 물질의 종류나 분자의 길이 등을 조정하여 강도나 감도를 향상시킨다. 반사하는 빛의 색이나 고무의 탄성을 자유자재로 조정할 수 있을 것으로 보인다.

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