[대학저널 황혜원 기자] 중앙대학교(총장 박상규)는 전자전기공학부 임성준 교수 연구팀이 4D 프린팅 기술을 이용해 스스로 형상을 바꿀 수 있는 형상기억 메타물질을 개발했다고 19일 밝혔다.
메타물질은 자연계 물질로 얻을 수 없는 특이한 구조적 설계를 통해 인위적으로 만든 구조체로, 기존에는 각 단위 구조의 위상을 가공해 입사되는 전자기파 신호를 반사·투과·흡수하거나 특정한 방향으로 반사·투과시키는 목적으로 사용됐다.
임 교수팀이 이번 연구를 통해 기존 메타물질과 차별화되는 독창적인 구조를 개발했다. 위상을 전기적으로 가변시키는 기존 방식과 달리 구조를 변형함으로써 입사되는 전자기파 신호의 반사 각도를 가변할 뿐만 아니라 전자기파 신호를 양방향으로 분리시키는 데 성공했다.
임 교수팀은 구조 형상을 기억하고 기억된 형상을 다시 회복시킬 수 있는 과정을 프로그래밍했다. 형상기억을 통해 2가지 전자기파 기능을 달성할 수 있는 메타물질을 세계 최초로 구현한 것이다. 아울러 이 과정을 3D 프린팅과 잉크젯 프린팅으로 제작해 최초의 4D 프린팅 메타물질을 발표했다.
연구팀은 2가지 형상으로 변환되는 힘을 최소화하고자 접은 종이를 절단해 여러 가지 모양을 만드는 종이접기 기법인 기리가미 기법을 이용했으며, 열을 이용해 메타물질이 스스로 형상을 바꿀 수 있도록 했다. 때문에 닫힌 형상일 때와 열린 형상일 때 각각 다르게 작동할 수 있다.
임 교수는 “닫힌 형상에서는 수직 입사된 선형 편파 신호를 +30도 방향으로 좌선회 원형편파로 반사시키거나, -30도 방향으로 우선회 원형편파로 반사시킬 수 있다. 반대로 열린 형상에서는 수직 입사된 선형 편파 신호를 +14도와 –47도로 분리시켜 양방향으로 좌선회 원형편파로 반사시키거나 –14도와 +47도로 분리시켜 양방향으로 우선회 원형편파로 반사시킬 수 있다”고 설명했다.
한편 이번 연구성과는 한국연구재단 중견연구자지원사업의 결과물로 전파·광파 분야 국제학술지 ‘Advanced Optical Materials’의 10월 4일 온라인판에 게재됐으며, 표지논문으로도 선정됐다.
박상규 총장은 “이번에 개발된 형상기억 메타물질은 미래 국방력의 초석을 다질 수 있는 첨단 스텔스 신기술일 뿐만 아니라 6G 무선통신의 성능을 개선할 수 있는 핵심 기술”이라며 “이번 연구성과가 미래형 스텔스 플랫폼과 차세대 이동통신 기술에 사용될 것을 기대하며, 더 발전된 연구성과가 나올 수 있도록 지원을 아끼지 않겠다”고 말했다.
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