“총알 막는 비단?”…누에실로 ‘케블라급’ 신소재 만들었다 [와우! 과학]

화학 처리 대신 열·압력으로 실크 섬유 융합
방탄 소재·의료 임플란트·센서 활용 가능성 주목

부드러운 비단의 원료인 누에실이 방탄 소재와 의료용 임플란트에 쓰일 수 있는 고강도 신소재로 바뀔 가능성이 제시됐다. 국제 공동 연구진이 누에 실크 섬유를 열과 압력으로 융합해 케블라에 가까운 강인성을 보이는 고체 소재를 만드는 데 성공했다.

미국 터프츠대·미시간대와 영국 임페리얼칼리지런던 등이 참여한 연구팀은 지난 12일 국제 학술지 ‘네이처 서스테이너빌리티’에 이 같은 연구 결과를 발표했다. 이번 연구에는 고려대 신소재공학부 소속 연구자도 공저자로 참여했다.

부드러운 실크, 고강도 소재로 바뀌었다핵심은 실크가 원래 가진 섬유 구조를 최대한 살리는 데 있다. 실크는 옷감으로 쓰일 때 부드럽고 매끄러운 소재로 여겨지지만, 섬유 하나하나만 놓고 보면 자연계에서 손꼽히는 강한 물질이다. 연구팀은 이 섬유를 화학 용매에 녹여 다시 만드는 대신, 한 방향으로 배열한 뒤 열과 압력을 가해 섬유끼리 직접 붙였다.





기존 실크 가공 방식은 섬유를 녹이고 다시 굳히는 과정을 거치는 경우가 많다. 이 과정에서 많은 화학물질과 물이 쓰일 수 있고, 실크 고유의 계층적 구조가 손상될 수도 있다. 연구팀은 이런 방식을 피하고, 천연 실크 섬유의 구조를 유지한 채 고체 소재로 바꾸는 방법을 택했다.

공정은 단순해 보이지만 조건은 까다롭다. 연구팀은 실크 섬유를 일정한 방향으로 정렬한 뒤 정밀하게 조절한 온도와 압력을 가했다. 압력이 너무 낮으면 섬유가 충분히 결합하지 않고, 너무 높으면 소재가 오히려 부서지기 쉬워진다. 연구팀은 적절한 조건을 찾으면 섬유들이 서로 융합해 조밀하고 투명한 고체 소재를 만든다고 설명했다.

방탄복 넘어 의료·센서 소재까지그 결과 새 소재는 나무나 뼈보다 높은 강도와 인성을 보였고, 방탄조끼 소재로 널리 알려진 케블라에 가까운 수준의 인장 인성을 나타냈다. 일부 시험에서는 탄도 충격과 비슷한 외부 충격에도 높은 저항성을 보인 것으로 전해졌다. 다만 이는 상용 방탄복이 완성됐다는 뜻은 아니다. 이번 연구는 실크 기반 소재가 보호 장비 분야에 쓰일 수 있는 가능성을 보여준 단계에 가깝다.





활용 범위는 방탄 소재에만 머물지 않는다. 연구팀은 의료기기 분야에서도 가능성을 확인했다. 새 소재는 생체적합성과 분해 특성을 조절할 수 있어 뼈를 고정하는 나사, 핀, 판 같은 임플란트 재료로 응용될 수 있다. 일정 시간이 지나 몸속에서 서서히 분해되는 임시 의료 소재로도 활용 가능성이 거론된다.

통신과 센서 분야도 후보로 꼽힌다. 연구팀은 융합 실크가 가시광선 영역에서 투명성을 보이고, 차세대 통신과 관련된 테라헤르츠 주파수 대역에서 독특한 광학 특성을 나타낸다고 설명했다. 이 특성은 향후 6세대 이동통신 부품이나 센서 소재 개발에 활용될 수 있다.

환경 측면의 장점도 주목된다. 이번 방식은 합성 첨가물을 쓰지 않고 열과 압력만으로 실크를 고체화한다. 짧거나 남는 실크 섬유를 고부가가치 소재로 활용할 수 있다는 점도 의미가 있다. 고급 직물로 쓰이던 천연 소재가 보호 장비와 의료기기, 통신 소재로 확장될 수 있는 길을 연 셈이다.

실크는 수천 년 동안 고급 직물의 상징으로 쓰였다. 하지만 이번 연구는 실크가 단순한 옷감이 아니라 고성능 공학 소재로도 활용될 수 있음을 보여준다. 연구진은 대량생산성과 실제 사용 환경에서의 내구성 검증이라는 과제가 남아 있지만, 천연 섬유를 고강도 신소재로 바꾸는 새로운 가능성을 제시했다.

윤태희 기자