식물에는 종자를 포함하는 꼬투리 혹은 솔방울의 개방과 같은 습기에 의존하는 매우 효율적인 시스템이 존재하는데, 이것은 다양한 습도에 의해 작동하는 인공 작동장치(acturator)의 개발 동기가 되었다. 그러나 습도는 작동장치에서 정교하게 조절하는 것이 어렵다. 반면 빛에 의해 구동되는 작동장치는 훨씬 사용하기가 용이한데, 그 이유는 빛은 원격으로 정교하게 조정하는 것이 가능하기 때문이다.
저전력 근적외선(low-power near-infrared)으로 구동되는 이중층 작동장치(bilayer actuator)가 중국 Jilin University 연구팀에 의해 보고되었다. 이 이중층 작동장치는 빠르고 매우 효율적이며 굽힘(bending)과 폄(unbending) 거동이 주기적인 근적외선 조사에 의해 가역적으로 발생하는 능력이 있다. 이중층 작동장치는 근적외선을 흡수하고 습기에 민감한 층인 PDA-RGD(polydopamine-modified reduced graphene oxide)와 물을 흡수하지 않고 자외선으로 경화된 Norland Optical Adhesive (NOA)-63으로 구성되어 있으며, 두 개 층의 팽윤(swelling) 및 수축이 서로 다르기 때문에 습도 변화에 의해 빠르게 굽힘과 폄을 수행할 수 있다.
이 재료가 근적외선에 노출되면 환원된 그래핀산화물(RGO) 시트는 근적외선 빛을 흡수하고 수분의 탈락을 유도함으로써, 습기에 반응하는 PDA-RGO를 근적외선에 반응하도록 변형시킴으로써 매우 효율적으로 근적외선에 의해 구동되는 이중충 작동장치의 제조가 가능해진다.
<초록>
주기적인 근적외선 조사에 의해 빠르고, 매우 효율적이며 가역적으로 굽힘과 폄 거동을 할 수 있는 근적외선으로 구동되는 이중충 작동장치가, PDA-RGO의 광열전환(photothermal conversion) 및 습도 민감적 특성을 이용해 개발되었다. 이중층 작동장치는 여과법으로 PDA-RGO층을 만들었으며, 이 층을 자외선으로 경화되는 NOA-63을 이용해 스핀 코팅하여 제조하였다. PDA의 친수성(hydrophilicity)을 이용해, PDA-RGO 층은 물을 흡수하여 팽윤되며 수축하면서 수분을 잃게 된다. RGO 시트의 근적외선 흡수성은 근적외선을 열 에너지로 전환할 수 있게 함으로써, 습도 민감성 PDA-RGO 층을 근적외선 민감성으로 변환시킬 수 있다. NOA-63층의 형태가 근적외선 조사 시 변화하지 않는 점을 감안한다면, 주기적인 근적외선의 조사는 이중층의 비대칭정 수축 및 팽창을 유발시켜 이중층 작동장치의 빠르고 가역적인 굽힘/폄 거동을 일으키는 원동력이 된다.
폴리에틸렌이민[poly(ethylenimine)]을 이용한 그래핀 산화층[ poly(ethylenimine)-modified graphene oxide layer]과 비교해 볼 때, PDA-RGO층은 매우 효율적인 이중층 작동장치를 제조하는 독특한 방법이다. 톱니바퀴 형태의 기질 상에서 빠르게 벌레와 같은 거동을 보일 수 있는 근적외선 구동 장치는, PDA-RGO/NOA-63 이중층의 반대 끝단에 갈퀴 모양의 두 개의 폴레에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate)를 이용해 연결시켰다.
출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』
