Update2025.05.17 (토)
특성조절 스마트 고분자
■ 스마트 고분자의 개념
최근 우리나라에서는 IT·자동차 산업과 같은 전통적인 산업 뿐 아니라 바이오·제약 산업의 비약적인 발전에 따라 각 산업에서 요구되는 다양한 새로운 응용에 대한 소재의 수요가 늘어나고 있다. 이에 따라 각 산업군에서 주로 적용되던 구조용 고분자로부터 다양한 기능을 가지는 기능성 고분자(functional polymer)를 거쳐 현재는 보다 복합적 기능을 수행하는 ‘스마트 고분자’(smart polymer)에 대한 요구가 급증하고 있다.
스마트 고분자는 일반적으로 특정한 자극에 응답하는(stimuli-responsive) 또는 환경에 반응하는(environmentally sensitive) 고분자로 정의된다. 외부의 화학적·물리적 자극을 인식하고 스스로 반응하는 기능을 보유하고 있으므로 스마트 고분자는 종종 ‘지능형 고분자’(intelligent polymer)라고 불린다. 이러한 물질들의 고유한 특징은 주어진 환경에서 매우 작은 자극에도 응답할 수 있는 능력을 가지고 있을 뿐 아니라 이러한 전이(transition)가 가역적이라는 데 있다.
자극에 대한 응답은 형상, 표면특성, 용해도, 화학구조의 변화 혹은 졸-겔 전이 등이 하나 또는 여러 가지 형태로 나타난다. 이러한 응답을 일으키는 자극은 전기장·자기장·중력장과 같은 다양한 장(field)로부터, 열(heat)·빛과 같은 물리적 환경 그리고 수소이온 농도(pH) 등을 비롯한 화학적 환경까지 다양한 스펙트럼을 가진다.
■스마트 고분자 기술 분류
스마트 고분자는 온도·전자기장·빛·기계적인 스트레스와 같은 물리적인 자극에 대하여 임계점이 지나면 고분자 내 분자 사슬의 인력, 형상 및 화학적 구조가 바뀌고, 각각 사슬의 다양한 에너지 레벨에 영항을 미칠 수 있다. 대표적인 자극에 대한 스마트 고분자 기술을 다음 표에 분류하여 정리하였다.
■스마트 고분자 기술의 원리
○ 열 감응 고분자(thermal-active polymers)
1)일반적인 유리 또는 용융 전이에 바탕을 둔 형상기억
유리 전이 또는 용융현상이 형상기억의 스위치로 작동하여 형상기억 효과를 주는 예는 많이 발표된 바 있다. 여러 가지 형상기억 고분자 중에서 특히 폴리우레탄(polyurethane)계열의 형상기억 고분자가 많이 연구되었고 상용화되어있다.
다음의 그림에 유리 전이에 기반을 둔 분자 거동 메커니즘을 도시하였다. 이러한 메커니즘을 가진 형상기억 고분자들은 일반적으로 물리적인 가교(cross linking), 결정/무정형 상전이 또는 화학적인 가교를 통하여 외부에서 가해진 스트레스와 온도에서의 유리 전이 혹은 용융을 기억하여 이를 형상기억의 스위치로 삼는다.
일반적으로 원래의 형상은 열적 환경 하에서 스트레스가 없거나 무시할만한 수준이므로 만약 형상기억 고분자의 형태가 변형되면 변형 스트레스(deformation stress)를 가교 구조에 저장하고 온도를 낮추게 된다. 이후 형상기억 고분자가 특정온도 즉 전이온도 이상이 되었을 때 가교 구조에 저장되었던 내부 스트레스(internal stress)를 방출하여 원래의 형상으로 돌아오게 된다.
2)직접 가열에 의한 형상기억
전기 전도도가 있는 물질이 열 감응 스마트 고분자의 내부에 도입되면 형상기억 고분자는 일정한 전기 전도도를 가진다. 이 형상기억 고분자 내부에 전류를 통과시키면 전기 전도를 통하여 줄 가열(Jule heating)이 형상기억 고분자 내부에 발생하게 된다. 이러한 내부 온도가 상전이 온도 이상이 되면 고분자의 형상이 충분히 제어될 수 있다. 여기에 사용되는 전도성 물질로는 CNT·폴리피롤(polypyrrole)·카본블랙·탄소 섬유 등이 가능하다. 전기 전도에 의한 형상기억 효과를 극대화하기 위해서는 높은 전기 전도도가 요구된다.
전기 이외에 형상기억 고분자에 빛을 흡수할 수 있는 기능기를 도입하여 형상기억 효과를 일으키는 연구도 진행되었다. 빛 흡수 효과의 향상을 위해서는 인도시아닌 그린(indocyanine green), Epolight 4121, 카본블랙 또는 CNT 등을 형상기억 고분자 내에 도입한다. 레이저를 사용하여 형상기억 효과를 낸 형상기억 고분자는 혈관 내 삽입되는 레이저 감응 치료용 마이크로 액추에이터로 사용할 수 있다.
또 다른 예로서 강자성 첨가제(ferromagnetic filler)를 도입하여 자기장 하에서 발생하는 열에 의한 형상기억 효과를 유도하는 경우도 있다. 이때는 2가·3가의 나노 철산화물, Ni-Zn 페라이트 입자 등이 사용된다. 이러한 결과는 바이오 메디컬 분야에서 획기적인 것으로 평가받고 있다.
3)가역반응에 의한 형상기억 효과
열적인 가역반응(thermal reversible reaction)은 형상기억 고분자의 중요한 메커니즘으로 적용될 수 있다. 다음의 그림에서는 열적으로 가역적인 멀티 디엔그룹과 멀티 디에노파일(dienophile) 그룹 간의 딜스-알더 부가반응(Diels-Alder cycloaddition)의 예를 나타내었다. 단량체 1은 하나의 분자에 4 개의 퓨란 단위체가 도입되어 있고, 단량체 2에는 3개의 말레이미드 기능기가 도입되어 있다. 열적으로 가역적인 반응은 역 딜스-알더 반응(retro-Diels-Alder reaction)으로 발생하게 된다.
일본의 이시다와 요시 연구팀은 2008년에 4개의 퓨란 말단기를 가진 폴리에스터 유도체를 적용하여 3개의 말레이미드와 반응하게 하여 형상기억을 구현한 바 있다. 이러한 고분자의 기계적인 특성은 해중합(depolymerization)-재중합(repolymerization)의 온도를 변화시키면 조절 가능한 것으로 알려져 있다. 이러한 물질들은 적당한 열적 기계적 변형과정에서 형상기억 기능을 주지만 현재까지는 완벽하지 않다.
4)초분자(supramolecule) 구조기반 형상기억
주게-받게(donor-acceptor) 관계를 이용한 초분자 구조가 형상기억의 스위치로 적용될 수 있다. 4개의 수소결합이 가능한 UPy(ureidopyrimidinone)기가 측쇄(side chain)로 고분자에 도입된 경우의 예를 다음의 그림에 나타내었다. 열적으로 가역적인 수소결합은 형상고정 과정에서 새로운 네트워크 지점을 형성한다. 이러한 지점은 탄성체의 탄성 회복을 위한 핀으로 작동한다. 따라서 주어진 형상이 고정된다. 이 고분자를 높은 온도로 가열하게 되면 수소결합의 붕괴로 원래의 네트워크 지점이 복원되고 그에 따라 엔트로피 탄성의 원리로 원래의 형상으로 복원된다. 수소결합을 이용한 형상기억 고분자는 폴리우레탄계 고분자에도 적용된다.
5)두 방향 형상기억 효과
두 방향 형상기억 효과(two-way shape memory effect)는 형상기억 고분자가 가역적이고, 연속적인 형상기억 효과를 내고자할 때 요구된다. 두 방향 형상기억 효과는 액정성을 가지는 3중 블록 공중합체를 이용하거나 PCO (polycyclooctene)과 같은 가교된 반결정성 고분자를 적용한다. 후자의 경우 일정한 장력이 가해진 상태에서 소재를 냉각하면 냉각야기 결정화(cooling-induced crystallization)가 일어나서 소재가 늘어나게 된다. 역으로 가교 네트워크가 녹는 온도 이상이 되면 고분자 필름의 수축이 일어나가 된다. 이때 소재 내부의 가교점의 밀도와 높은 온도에서 가한 스트레스가 매우 중요한 요소이다.
최근에 탄성체를 기반으로 한 형상기억 고분자에 MWCNT(multi-wall carbon nanotube)를 도입하여 양방향 형상기억을 구현한 예를 다음의 그림에 나타내었다. 이때 자외선을 열원으로 사용하였는데 팽창 또는 수축하는 정도는 CNT/탄성체 복합체가 어느 정도 늘어나 있는가에 좌우된다. 만약 소재가 약간 늘려져 있는 경우, 적외선에 의해 소재는 팽창한다. 반대로 만약 소재의 인장 정도가 10% 이상일 경우 같은 적외선 조건에서 수축한다. 이 프로세스는 완전하게 가역적이며 무한 반복 가능하나, 아직 이중모드 반응에 대한 원리는 명확하게 밝혀지지 않았다.
6)조합에 의한 다양한 형상기억 효과
몇 가지 반응기작들이 조합되어 다양한 형상기억 효과를 발생시키는 연구들이 최근에 많이 진행되었다. 다음의 그림은 폴리카프로락톤과 폴리에틸렌 글리콜이 중심이 된 고분자 네트워크에 의한 3방향 형상기억 기작을 나타낸다. 영구적인 형상은 네트워크의 화학적인 가교에 의하여 결정된다. 그리고 3방향 형상기억 효과는 서로 다른 폴리카프로락톤과 폴리에틸렌글리콜에 존재하는 2개의 결정상의 다른 온도에 대한 열 전이에 의하여 나타난다.
○열 및 pH 감응 고분자 하이드로겔(thermal-active polymeric hydrogels)
자극에 반응하는 겔은 온도, pH, 용매, 주어진 빛의 강도․파장, 이온 간 인력, 전기장, 압력에 따라 팽윤 정도(degree of swelling)가 증가하거나 감소한다. 하이드로겔에 주어지는 여러 가지 자극 중에서 열과 pH에 감응하는 하이드로겔은 생물학적, 바이오 치료제의 목적으로 연구가 가장 활발하다.
열 감응형 하이드로겔은 내부에 상당한 양의 물을 포함하고 있는 화학적․물리적 가교 네트워크 구조로 이루어져 있다. 일반적으로 열 감응 하이드로겔은 내부에 메틸, 에틸기능기와 같은 친유성기와 아민기와 같은 친수성기가 하나의 고분자 내부에 동시에 존재한다. 따라서 열 감응 하이드로겔은 LCST(Lower Critical Solution Temperature)로 알려진 특정 온도에서 친수성에서 친유성으로 전이가 일어난다. 즉 낮은 온도에서는 고분자 사슬에 도입된 친수성 그룹과 물 사이의 수소결합이 주가 되어 물에 녹지 않는 현상을 나타낸다.
반면, 높은 온도에서는 친유성 그룹의 상호작용이 증대되어 수소결합이 약해지고 이 때문에 하이드로겔은 수축하게 된다. 이러한 개념을 가지고 가장 많이 사용되는 고분자는 PNIPAAm(poly(N-isopropyl acryamide)) 및 이의 공중합체이다. PNIPAAm은 공중합체의 조성 및 형태를 조절함으로써 동력학적․열학적으로 아주 정밀하게 이들의 상전이를 조절할 수 있다. 카르복시산과 같은 약산 또는 아민과 같은 약알칼리 그룹이 도입된 하이드로겔은 pH에 민감하게 반응한다. 대표적인 pH 감응 하이드로겔은 폴리아크릴산에 기반을 둔 고분자계이다. 만약 열 감응 단량체와 아크릴산과 같은 pH 감응 단량체를 공중합하면 열과 pH 두 가지 모드에 감응하는 고분자 소재를 제조할 수 있다.
■전자 활성 고분자(electro-active polymers)
전자 활성 고분자는 두 개의 큰 부류로 분류할 수 있다. 전기장과 쿨롱힘(coulombic force)에 의한 전기적 활성 고분자(electronic electroactive polymers)와 이온의 움직임에 의한 이온 활성 고분자(ionic electroactive polymers)가 그것이다. 전자적 활성 고분자의 분류에는 상자성, 유전 또는 전기전도성 고분자들의 예가 포함된다. 이온 활성 고분자의 분류에는 고분자-금속 복합체, 이온성 고분자 겔 및 CNT 복합체 등이 포함된다.
○전기변형 그래프팅 탄성체(electrostrictive graft elastomers)
전기변형 그래프트 탄성체는 유연한 고분자 주사슬과 주사슬에 그래프트된 고분자 두 개의 중요한 조성으로 이루어져 있다. 이러한 내부구조를 가진 고분자 필름의 양면에 금속 전극을 형성한 후 전기장을 인가하면 유연한 사슬 및 그래프팅된 사슬에 분극이 일어난다.
결정성을 가진 그래프팅된 고분자 상(phase)이 인가된 전기장에 의해 분극되고 마치 TPE(Thermo Plastic Elastomer)와 같이 탄성체의 역할을 할 수 있는 가교점의 역할을 한다. 가해준 전기장의 세기가 증가할수록 그래프팅된 고분자의 쌍극자 모멘트(dipole moment)가 증가․축적되어 결과적으로 전체의 분자를 회전시키는 힘까지 이르게 된다. 이러한 특성을 이용하여 전기장 감응 고분자를 설계하고 구현할 수 있다. 가해준 전기장에 대하여 고분자 내부의 자유부피 분율, 그래프팅 고분자의 분율 및 배향이 주된 영향을 미치는 것으로 알려졌다. 주된 고분자 사슬로서는 실리콘 고무나 폴리우레탄 계통의 탄성체가 많이 활용되고 있다.
○전기변형 셀룰로오스 종이
전기변형 셀룰로오스 기반 액추에이터는 셀룰로오스 종이의 양면에 아주 얇은 금속 전극을 입힌 구조로 이루어져 있다. 셀룰로오스 종이의 두께 방향으로 전기장이 가해지면 낮은 전기변형 힘으로도 종이의 커다란 굽힘 효과를 기대할 수 있다. 이러한 변형의 원리는 셀룰로오스 종이의 쌍극자 모멘트에 기인한 피에조 일렉트릭 및 이온 이동(ion migration)의 효과로 설명된다. 전기변형 종이는 매우 적은 에너지를 사용하기 때문에 마이크로웨이브를 이용한 액추에이터 제작에 활용 가능하다. 더 나아가 이 소재는 환경친화적이어서 인공 근육이나 자연모사 액추에이터에 적합한 소재로 개발할 수 있다.
○전기 점탄성 고분자(electro-viscoelastic polymers)
전기 점탄성 고분자는 고분자 탄성체와 극성을 띠는 상(phase)와의 복합체이다. 극성상으로서는 매우 다양한 종류의 고분자들을 선택할 수 있다. 예를 들어 녹말․셀룰로오스․리튬 폴리메타크릴레이트․폴리아닐린 등이 유기입자로서 선택 가능하고, 무기입자로서는 실리카․제올라이트․티탄산화물 입자 등이 가능하다.
가교를 하기 전에 전기 점탄성 고분자는 전기유체처럼 거동하지만, 가교 후에 전기장이 인가되면 극성상이 탄성체 매트릭스 내에 고정되어 물질의 탄성 모듈러스를 증가시킨다. 다음의 그림에 나타낸 바와 같이 전기장은 포함된 입자의 쌍극자 사이의 상호작용을 증가시켜 서로 간의 물리적 위치가 근접하게 되고 이에 따라 모듈러스의 변화를 일으킨다. 이 때 매트릭스 소재의 선택은 상대적으로 전기 점탄성 효과가 거의 없는 물질을 선택하는 것이 소재의 구성에 유리하다.
○강유전성 전기 감응 고분자(ferroelectric electroactive polymers)
강유전성 전기 감응 고분자로서 가장 대표적인 것은 PVDF(poly(vinylidene fluoride)) 및 P(VDF-TrFE) (poly(vinyllidene fluoride-trifluoroethylene)) 유도체 소재이다. 일반적으로 PVDF 계열 고분자의 전기장 유도 분극화, 열처리 및 변형에 따른 상전이는 많은 연구가 이루어져 왔다. 특히 P(VDF-TrFE)는 고분자 사슬의 형태학적 변화로 발생하는 강유전(ferroelectric) 및 상자성(paraelectric) 상전이에 의해 고분자 스트레인에 변화가 일어난다. 이러한 형태학적 변화는 두 가지 상전이 이상의 온도에서 전기장에 의해 일어난다. 이러한 특성을 잘 조절하면 원하는 온도, 심지어는 실온에서 상전이 온도를 제어할 수 있다. 전이에 필요한 에너지를 극소화하여 실질적으로 응용하는 연구가 수행된 바가 있다.
○유전특성 전기 감응 고분자(dielectric electroactive polymers)
유전특성 전기 감응 고분자는 유전 탄성체(dielectric elastomer) 필름의 양면에 금속전극을 코팅하는 것으로 구성되어 있다. 이때 실리콘․아크릴․우레탄 계열의 유전 탄성체의 모듈러스는 매우 낮아야 한다. 반면 유전상수는 매우 커야 한다. 다음 그림에 도시하였듯이 전압이 두 전극의 사이에 인가되었을 때 전극의 내부에 위치한 유전 탄성체는 두께 방향으로 수축하고 면 방향으로 팽창하게 된다. 이때 발생하는 스트레인은 전기장 및 유전상수의 제곱에 비례하고 사용되는 고분자의 탄성 모듈러스에 반비례하게 된다. 언급된 유전특성 전기 감응 고분자의 기능은 탄성체를 선처리(pretreatment) 함으로
아크릴계열의 탄성체가 적용된 액추에이터 시스템에서 약 300%의 면 스트레인이 적용된 결과도 발표된 바 있다. 전기장에 의한 액추에이터 시스템에서 소재뿐 아니라 균일한 전기장이 유지되는 것도 중요하다. 그렇지만 최근의 연구결과에 의하면 PTBA(poly(t-butyl acrylate))가 적용된 경우 전기장을 제거하여도 형태가 유지된 것이 보고되었다. 이는 PTBA가 실온보다 약간 높은 유리 전이 온도를 가지는 것에 기인한다.
○전기 감응 전도성 고분자(electroactive conducting polymers)
전기 감응 전도성 고분자는 산화환원 기작 중에 발생하는 가역적인 짝이온의 결합 및 해결합의 원리로 작동한다. 양극(anode electrode)에서의 산화반응과 음극(cathode electrode)에서의 환원반응은 전해질에 포함된 이온 교환 반응을 일으키고 이것은 전해질에 상당한 부피변화를 일으킨다. 더 큰 변형을 위해서 ClO4-, Cl- 및 PF6-와 같은 도펀트가 첨가되기도 한다. 다음 그림에 폴리피롤을 기반으로 한 3층 구조의 굽힘 액추에이터의 구조 및 작동원리를 보여준다.
전체 구조는 중간의 액체 전해질을 고정하는 다공성 PVDF 세퍼레이터와 양쪽의 폴리피롤층 등 총 3층으로 구성된다. 액추에이터에는 역시 다공성의 얇은 금 박막도 포함된다. 폴리피롤이 산화하면 전해질의 음이온은 PVDA 층의 미세기공을 통하여 양으로 하전된 전극으로 이동하게 되고 이것이 부피의 팽창을 야기한다. 반면에 음으로 하전된 전극에서는 폴리피롤이 환원되어 음이온을 방출하고 부피의 수축이 일어난다. 이러한 효과에 의하여 액추에이션이 일어난다. 현재 폴리피롤을 비롯하여 폴리아닐린, poly(3,4-ethylenedioxythiophone) 등 다양한 종류의 전도성 고분자를 이용한 액추에이터가 연구되고 있다.
이러한 전기 전도성 고분자를 활용한 전기 감응 고분자의 특성은 이온의 크기, 용매, 인가되는 전압의 세기 그리고 필름의 두께에 영향을 받는다. 일반적으로 액추에이터 층이 얇으면 얇을수록 액추에이터의 반응속도가 빠르고 작은 힘으로 작동시킬 수 있는 것으로 알려졌다. 또한 폴리아닐린의 경우 소량의 CNT를 첨가하여 특성을 향상하거나 포토리소 등의 다양한 패턴형성 방법을 통하여 원하는 용도에 맞춰진 디바이스를 구성하는 연구가 진행 중이다. 앞으로 본 분야에서는 원소재의 합성, 물성의 정량화, 위치제어의 정확성 등에 대한 연구가 필요하다.
○전기 감응 이온성 고분자-금속 복합체
전기 감응 이온성 고분자-금속 복합체는 이온 교환 특성이 있는 고분자를 매트릭스로 하여 고분자의 내부에 백금 또는 금과 같은 전도성 입자를 수 미크론 깊이로 표면에 담지하는 방식으로 제조된다. 과불소화 알켄(perfluorinated alkene)과 스티렌/디비닐벤젠 공중합체가 이온 교환 고분자로 주로 사용된다. 스티렌/디비닐벤젠 공중합체는 중합공정 중 가교되어 너무 단단한 구조를 형성하므로 응용에 제한이 있지만 과불소화 알켄은 측쇄와 주쇄 분자량이 상대적으로 크므로 측쇄 말단기를 양이온 교환을 위하여 설포네이트나 카르복시산으로 치환하거나, 음이온 교환을 위하여 암모늄 이온으로 치환할 경우 용매와의 상호작용으로 전자 감응 효과를 발현한다.
위의 그림에 나타내었듯이 양이온 교환 고분자의 경우 이온성 고분자-금속 복합체는 양극(anode)쪽으로 휘게 된다. 이때 주된 힘은 수화된 이온(hydrated ion) 및 물의 재배치이다.
연료전지 막으로 널리 사용되는 Du pont의 나피온은 대표적으로 사용되는 고분자 매트릭스이다. 이 때 알칼리금속 양이온(예, Li+, Na+, K+ 및 Rb+)뿐 아니라 알킬암모늄 양이온 등과 같은 유기계 양이온들이 사용될 수 있다.
○전기 감응 이온 고분자 겔
전기 감응 이온성 고분자 겔은 용매에 팽윤 되어있는 상태로 존재하며, 일반적인 구조는 전하를 띠는 기능기가 도입된 가교 고분자의 네트워크 구조이다. 다음 그림에서 볼 수 있듯이 주사슬에 전해질 단량체와 가교가 가능한 단량체가 도입되어 느슨한 사슬구조를 이룬다. 팽윤된 고분자 사슬 사이에 용매와 움직임이 가능한 양이온들이 존재한다. 여기에 외부에서 전기장이 인가되면 고분자 겔의 이온화도가 변화하고 이에 따라 고분자 겔이 팽윤되어 팽창하거나 탈수/탈이온에 의하여 부피가 수축한다. 이러한 특성을 나타내는 고분자겔은 폴리아크릴산 및 폴리비닐알콜 하이드로겔을 중심으로 많은 연구가 진행되었다.
○전기 감응 CNT
탄소나노튜브는 전기장에 감응하는 물질이며 단일층 CNT(single wall CNT)쉬트 및 CNT 번들 등도 유사한 특성을 나타낸다. 다음의 그림에서 (a)는 단일층 나노튜브에 전압을 인가하여 전하를 생성한 예이다. 고체 혹은 액체 전해질에 위치한 나노튜브 전극에 전하가 생성되면 나노튜브 실린더 표면에 전하의 균형을 맞추기 위하여 전해질 내의 이온들이 이동한다. 이때 전해질 내의 이온들이 다음 그림에 나타낸 바와 같이 평행하게 위치한다면 반대편 전극에는 반대극성을 띠는 전하들이 생성된다. 이때 나노튜브는 액추에이터로서 작동하게 된다. 다음의 그림(b)는 소금 수용액에 위치한 캔틀리버에 기반한 액추에이터의 개념도이다. 액추에이터는 두 개의 단일층 CNT가 테이프의 양면에 접착된 형태로 이루어져 있다. 나노튜브의 막에 존재하는 나트륨 양이온과 염소 음이온은 나노튜브 전극에 인가된 전하를 보충하고 있다. 이 때 전압이 가해지면 불균형이온상태가 되면서 두 개 전극에 길이의 차이가 발생하고 이에 따라 캔틀리버 밴딩 현상이 일어나게 된다.
일반적으로 전기 감응 고분자는 반대전하의 이동이 없으므로 반응속도가 매우 빠르다. 또한 큰 기계적 에너지 밀도를 가지고 공기 중에서도 작동할 수 있지만 상대적으로 큰 변형을 일으키려면 많은 에너지가 필요하다. 반면에 이온 감응 고분자는 수 볼트의 낮은 전압으로도 구동 가능하지만 대부분의 경우에 이온의 이동 때문에 물과 같은 용매에 침지되어 있어야 하는 단점이 있다.
■빛 감응 고분자(light-active polymers)
빛에 감응하는 고분자는 주로 다음 4개의 메커니즘을 통하여 구현된다. (1) 아조벤젠과 같은 광이성질체 전환반응; (2) ciannimate과 같은 광반응; (3) allyl sulfide와 같은 부가-분리 사슬 전이반응(addition-fragmentation chain transfer reaction); (4) 가역적인 이온 분리반응
○광이성질체 전환반응(photoisomerization)에 의한 변형
특정 파장을 가진 빛의 조사에 의하여 아조벤젠은 트랜스-시스 이성질체의 변화가 발생한다. 이러한 트랜스-시스로의 화학적인 구조의 변화에 따라 전체 분자의 길이가 9.0Å(트랜스)에서 5.5Å(시스)로 줄어든다. 따라서 이러한 물질이 고분자 내에 도입되었을 때 특정 파장의 빛을 쪼이면 화학구조의 변화로 외부에서 감지할 수 있을 정도의 변화가 생긴다. 이러한 아조벤젠 기능기를 액정상을 가지는 탄성 고분자에 도입하게 되면 빛의 조사에 따른 트랜스-시스 전환에 의하여 내부 액정의 배향을 조절할 수 있으므로 필름의 형상을 효과적으로 조절할 수 있다.
특히 편광된 빛을 이용하면 내부배향으로 인해 고분자 필름을 원하는 방향으로 굴곡 시킬 수 있는 연구결과도 발표되었다.
○ 광반응분자(photoreactive molecules)에 의한 변형
광화학적으로 반응 가능한 분자는 고분자 내부에서 가역적인 공유결합을 생성할 수 있다. 가장 대표적인 예가 시나믹산(cinnamic acid)에 의한 반응이다. 시나믹산을 고분자 사슬의 측쇄에 도입하면 빛에 의해 길이가 조절되는 고분자 필름을 제조할 수 있다. 시나믹산이 도입된 고분자 필름을 신장한 후 UV를 조사하면 광반응에 의해 공유결합이 형성되어 고분자의 탄성모듈러스가 증가하기 때문에 필름의 형상을 고정할 수 있다. 이때 다시 UV(자외선)를 조사하면 광반응의 역반응에 의하여 공유결합이 제거되고 탄성 모듈러스가 감소하여 원래의 형상으로 되돌아가게 된다.
○ 부가-분리 사슬 전이반응(addition-fragmentation chain transfer reaction)에 의한 변형
이 메커니즘은 고분자 사슬 내에 도입된 사슬 전이(chain transfer)현상을 이용하여 가역적인 고분자 형태의 변형을 야기한다. 이 방법에는 다양한 종류의 단량체가 사용될 수 있는데 주로 황이 들어간 단량체들이 적용된다. 빛을 쪼이게 되면 분리반응(fragmentation)에 의하여 반응성이 아주 큰 라디칼들이 형성되면서 고분자 네트워크의 변화를 일으킨다. 이때 변형을 가한 후 다시 빛을 조사하면 부가(addition)반응에 의해 형상이 고정된다. 이러한 성질을 이용하여 기계적인 변형을 일으킬 수 있다. 이 결과들은 최근 분자모델링 기법으로도 검증된바 있다.
○광반응 고분자 하이드로겔
앞서 언급한 열 감응 고분자 하이드로겔과 마찬가지로 광반응을 통해서도 동일한 효과를 나타낼 수 있다. 가장 대표적인 것은 triphenylmethane leuco 유도체를 활용한 것인데 270nm의 UV를 조사하면 이온쌍의 가역적인 결합/해결합 반응이 일어난다. 이러한 분자를 하이드로겔에 도입하면 UV에 의해 하이드로겔의 수축을 조절할 수 있다.
앞서 언급하였던 아조벤젠 기능기도 역시 빛에 감응하여 분자구조의 길이가 변화되므로 이 물질을 하이드로겔에 도입하면 동일한 효과를 나타낼 수 있다. 빛에 감응하는 하이드로겔를 제조하기 위한 또 다른 전략은 스피로 파이렌(spiropyrane) 및 스피로 파이렌 기능기가 도입된 유도체를 역시 하이드로겔 내부에 도입하는 것이다. 스피로 파이렌 기능기는 가시광선 하에서는 고리형 분자를 형성하고 빛이 없거나 자외선(UV) 하에서는 선형의 분자구조를 형성하므로 하이드로겔의 형상을 조절할 수 있다.
최근에는 고분자에 빛이 흡수되어 온도가 상승하고 이로 인해 하이드로겔의 형상이 변화하는 소재도 개발된 바 있다. 구리에 기반한 착화합물과 PNIPAAm이 결합된 하이드로겔은 빛에 의해 고분자 소재 내부의 온도가 상승하는 개념이 적용되었다. 이러한 개념은 고분자 형상의 변형을 일으키는 에너지의 2차 소스로써 열 뿐 아니라 빛․전기장․자기장 등이 활용될 수 있음을 의미한다.
■자기감응 고분자(magnet-active polymers)
자기감응 고분자는 자기장 하에서 고분자 사슬의 변화를 나타내는 고분자이다. 일반적으로 자기감응 고분자는 자성을 띠는 입자와의 복합화를 통해 주로 제조된다. 이때 사용되는 고분자 매트릭스의 종류에 따라서 자기감응 고분자는 자기감응 탄성체와 자기감응 고분자 겔로 나눌 수 있다.
○ 자기감응 탄성체
자기감응 탄성체는 나노크기의 자성입자가 탄성계수가 큰 고분자에 복합화된 형태이다. 이러한 고분자 복합체에 자기장이 인가되었을 때 자성입자에 영향을 끼치는 힘이 탄성체에 전달되며, 이에 따라 탄성체의 기계적 물성이 변화한다. 만약 인가되는 자기장이 균일하지 않다면 고분자 복합체 내부에 존재하는 자성 입자들이 서로 다른 힘을 가지게 되므로 복합체는 변형 될 수 있다. 따라서 적은 자기장에도 균일하게 반응할 수 있는 자성입자의 선택이 요구된다.
또한 탄성 모듈러스가 적은 고분자 매트릭스의 선택이 복합체 설계에서 매우 중요하다. 이때 사용되는 자성입자로는 강자성 또는 상자성 자성입자 모두 사용이 가능하다. 만약 외부 자기장이 인가된 상태라면 비등방성 자성입자를 가지고 고분자 매트릭스의 배향을 조절하는 기술도 개발되어 있다.
○ 자기감응 고분자 겔
자기감응 고분자 겔은 때로는 페로겔(ferrogels)이라고 불리기도 한다. 이것은 용매로 팽윤된 네트워크에 초상자성 입자들이 채워져 있는 형태이다. 이 구조는 자성유체에 의하여 화학적으로 가교되어 있는 구조와 매우 유사하다. 자성유체(ferrofluid)는 단일 도메인을 가지는 10nm 크기의 자성입자가 콜로이달 형태로 분산되어 있는 물질이다.
자기감응 고분자 겔에서는 잘 분산된 강자성 입자들이 접착력에 의하여 상대적으로 유연한 고분자 네트워크에 부착되어 있다. 이런 특성으로 인해 직접적인 자기감응 효과가 발현된다. 만약 자기감응 고분자 겔이 불균일한 자기장 내에서 영향을 받으면 겔에 수직인 방향으로 자기장의 구배가 형성된다. 이것으로 인해 인장․수축 등이 형성되어 겔의 형태를 조절할 수 있는 기술도 개발되어 있다.
■기술적 난제
자극에 반응하는 다양한 고분자들이 지난 수십 년간 개발되었지만 이 분야의 연구는 아직 성숙기에 이르지 못하였다고 판단된다. 기술적 난제는 다음과 같다.
첫째, 대부분의 스마트 고분자들은 자극에 대하여 수축․굽힘․회전 등 단순한 움직임만을 나타낼 뿐이다. 움직임의 변위를 조절하거나 움직임의 속도를 제어하는 기술은 아직까지 개발되지 못하였다.
둘째, 대부분의 스마트 고분자는 현재까지 하나의 자극에 하나의 변위 내에서 반응한다. 일부 복합적인 자극에 대한 복합적인 반응을 이끌어내는 스마트 소재들이 개발되었지만 현재까지 완전하게 복합적으로 기능하는 소재는 개발되지 않았다.
셋째, 스마트 고분자의 반응기작에 대한 컴퓨터 기반 시뮬레이션 기술이 요구된다. 이를 통하여 보다 적합한 소재를 개발할 수 있다.
넷째, 화학적 환경을 비롯한 외부환경에 안정성이 높은 소재들이 개발되어야 한다.
다섯째, 스마트 고분자의 디바이스화를 위하여 스마트 소재의 집적화에 대한 보다 많은 연구가 필요하다.
■기술적 실현시기
스마트 고분자가 기술적으로 실현되기 위해서는 본고에서 언급한 스마트 소재 합성 및 제조기술 외에 스마트 소재의 성능발현 기술, 스마트 소재 디바이스화 기술, 스마트 디바이스 응용기술 등이 요구된다. 다음의 표에 기술적 성숙도 및 기술적 실현시기를 나타내었다.
■ 산업화 난제
최근 산업계에서 스마트 고분자 소재 개발은 이슈로 대두되고 있다. 특히 바이오 메디컬 산업에서 약물전달 및 생체적용에 대한 연구가 지속적으로 진행되어 일정부분 적용되고 있다. 반면, IT․자동차 산업에서는 고품위 및 감성품질의 향상을 위해서 고분자 기반의 스마트 소재 개발에 많은 관심을 가지고 있으나 아직 해결하지 못한 기술적 문제들이 남아있다. 예를 들어 스마트 소재의 환경안정성·내구성·신뢰성 등에 관한 기초적인 데이터가 부족한 실정이다.
■ 산업적 실현시기
현재 산업적으로 적용되고 발전가능성이 높은 분야는 의료·의약산업 분야이다. 자동차·IT 산업에도 적극적으로 스마트 기반 고분자를 채용하려는 움직임이 있다. 향후 스마트 소재의 수동기능 분야에서는 상용화가 곧 진행될 것으로 예상되지만 복합 능동기능의 스마트 고분자 소재는 극복해야 할 기술 난제가 존재한다.
■ 응용분야
○ 열 감응 고분자의 응용 분야
열 감응 형상기억 고분자는 매우 다양한 용도를 가진다. 지속적인 연구를 통하여 의약 분야를 비롯하여 섬유 및 의류, 전자 재료용 수축재, 센서 및 액추에이터 등으로 그 응용범위가 확대되고 있다. 특히 의약분야에서 응용이 활발하다. 대표적으로 심장동맥 확장용 레이저, 자기장 감응 스텐트, 생분해성 지능형 외과용 수술실, 삼투효과 주사바늘 어댑터 및 의약 방출시스템에 많이 활용되고 있다.
○ 빛 감응 고분자의 응용 분야
빛 감응 고분자로서 자외선을 비롯하여 적외선 및 가시광선 영역에서 작동하는 스마트 고분자 소재들이 개발되고 있다. 또한 특정 파장을 손쉽게 제어 할 수 있는 레이저 기술이 발달함에 따라 관련 스마트 소재도 이에 따라 보다 정밀제어가 가능한 응용으로 용도가 확장되고 있다. 이 소재는 광모듈레이터, 의료용 스텐트, 메모리 소자, 광정보 저장, 디스플레이 디바이스 등에 활용 가능하다.
○ 자기장 감응 고분자의 응용 분야
일반적으로 물질의 변화를 일으킬 만한 자기장을 발생하기 위해서는 부피가 크고 고가인 장비의 사용이 필요하다. 최근에는 자기장에 민감한 나노물질들이 많이 개발되어 상대적으로 낮은 자기장에서도 충분한 반응을 일으키는 고분자 소재들이 개발되고 있다. 자기장 감응 고분자는 표적지향형 약물 전달체, 베어링, 자동차용 진동 흡수체, 인공근육 등에 활용 가능하다.
○ 전기 감응 고분자의 응용 분야
전기 감응 고분자는 초분자(supramolecule), 액정고분자(liquid crystalline polymer) 등 정밀 유기합성기술을 바탕으로 제조되고, 이들은 주로 전자산업의 소자화 기술 및 패키징 기술을 통하여 응용범위가 결정된다. 현재 전자 감응 고분자는 로봇의 액추에이터, 흡읍재, 자연모사 디바이스, 세포배향, 나노 모터, 인공근육 또는 약물 전달체 등에 활용 가능하다.
■ 파급 효과
○ 기술적 효과
스마트 고분자 소재 개발은 화학․물리구조 조절 기술, 복합화 및 물성특성 최대화 제조 기술, 기능 하이브리드화 기술, 미세 표면 정밀조절 기술기술, 디바이스화 적용기술 등을 포함한다. 따라서 스마트 고분자 소재는 고기능성 및 고성능을 갖는 고부가가치 고분자 소재 개발에 크게 기여할 것으로 판단된다. 또한 기술적 난제를 해결하기 위해서는 물리․화학․재료․기계․전자 등 다양한 분야의 융합연구가 필요하다. 각 학문분야에서의 융합적인 아이디어 개발을 통하여 보다 다양한 응용이 도출될 수 있으므로 국내 기초과학 및 공학, 더 나아가 기술적 진보를 확보하고 있는 국내 수요기업의 기술개발의 촉매가 될 것으로 기대된다.
○ 사회경제적 효과
21세기는 기술만의 시대가 아니라 “기술 + 감성”의 시대이므로 스마트 소재는 소비자의 구매에 결정적이 역할을 하는 요인으로 작용할 것으로 예상된다. 즉 다음 표에 나타낸 바와 같이 2020년대에는 소비자는 감성을 중시하기 때문에 기업들은 지능화 스마트 인지, 감성 등의 포착이 중요한 포인트이며 의료용 분야 뿐 아니라, 차세대 자동차 및 IT 분야에서도 그 중요성이 증가될 것으로 판단된다.
○ 시장창출 효과
스마트 고분자 소재는 의료․제약 산업 뿐 아니라 자동차․가전․모바일기기․건축 내장재․의복․신발 등의 여러 분야에서 소비자 구매에 직접적으로 영향을 주는 소재에 적용되므로 향후 지속적인 시장의 성장이 예측되는 분야이다. 특히 스마트 고분자 소재 분야는 아직 시장이 성숙 되지 않은 분야이므로 이에 대한 적극적인 투자는 향후 신규 시장 확보를 위한 확실한 대안이 될 것이다.
■ 해외 연구개발 현황
스마트 고분자 소재는 미국의 경우 다양한 방위산업 연구 프로그램을 통하여 기술이 발전하였다. 스마트 고분자 섬유를 미래 군복에 적용하기 위한 연구는 ‘Natick Soldier Center’에서 운영하는 ‘The Objective Force Warrior’ 프로그램과 국방부로부터 MIT에게 지급된 5천만달러의 연구기금을 통하여 통합센서와 전자기기를 포함하여 병사를 위한 미래 군복을 만들기 위한 연구프로그램이 2002년에 시작되었다. 이 프로그램을 통하여 마이크로 스트럭처, 마이크로센서, 마이크로액추에이터와 전기기기를 통합하는 단일 칩 시스템을 가지는 MEMS에 관한 많은 연구들이 진행되었고, 스마트 섬유기반 새로운 소재들이 제공되었다.
2003년에 미국의 Defense Advanced Research Projects Agency(DARPA)는 스마트 소재에 대한 미국의 연구개발 전략을 발표하고 다음과 같은 네 부분의 전략과제를 선정하였다.
➀ Sensors to measure appropriate stimulus
➁ A control system to convert a stimulus into an activation signal
➂ An actuation mechanism to provide mechanical displacement or force
➃ An efficient source of power to affect the actuation
이러한 전략을 완성하기 위하여 가장 중요한 것은 관련 고분자 소재를 포함한 스마트 소재이다. 또한 2001년부터 2005년까지 6억 9천만달러의 연구예산을 집행한 미국의 Army Research Office(ARO)의 Materials Science Division에서도 지능형 초경량 재료를 위한 소재 개발 프로그램을 추진하였다.
스마트 고분자 연구개발 추이를 파악하기 위하여 1995년부터 현재까지 발표된 스마트 고분자(smart polymers) 및 자극 응답 고분자(stimuli responsive polymers)대한 연구개발 건수를 조사하였다. 조사된 총 건수는 409건이었고, 이중 최근 5년간의 발표 건수가 215건으로 전체의 52.5%를 차지하였다. 이는 최근에 스마트 고분자 기술에 대한 관심도가 매우 크게 증가하고 있음을 의미한다.
■ 선도 기관
해외 주요 선도 기관을 파악하기 위하여 발표된 논문 특허 건수를 기반으로 대학, 연구소 및 기업을 포함한 연구기관을 조사하였다. 전 세계 총 417개 기관이 스마트 고분자 또는 자극 감응 고분자에 관한 연구를 수행하였다. 상위 7개 기관을 조사한 결과 56건으로 13.4%를 차지하였다.
이를 나라별로 살펴보면 미국이 34건으로 상위기관의 60%를 차지하였고, 이어서 일본이 30%, 중국이 10%를 차지하였다. 스마트 고분자 소재 분야 상위 7 기관의 연구논문 발표 건수는 다음의 그림에 나타내었다. 현재까지 스마트 고분자 소재 기술 분야는 미국 주도하고 있으며, 일본에서 많은 연구가 진행되고 있다. 특히 최근 중국에서 관련 스마트 고분자 소재에 관한 새로운 연구가 증가하는 추세는 주목할 만하다.
■ 국내 연구개발 현황
미국․일본 등 기술 선진국에 비교하여 우리나라의 스마트 고분자 소재 기술 개발에 대한 정책적 지원은 체계적이지 않았다. 더욱이 국내 스마트 고분자 소재 관련 주요 생산 및 연구개발 품목은 약물 전달체와 생체조직공학용 소재가 대부분이며, 기타 자극 응답형 스마트 고분자 소재는 대부분 연구개발 과정에 있으므로 현재까지 정상적인 시장형성을 기대하기 어려운 실정이다. 그 이유는 스마트 소재기술에 대한 정의 및 범위를 한정하기가 대단히 까다롭고, 각각의 응용 분야가 다양하기 때문에 하나의 기술군으로 선정하여 지원하기 어렵기 때문으로 생각된다.
2007년부터 시행된 소재원천기술개발 사업에서 “유기소재의 나노구조 조절을 통한 다양한 열 특성 제어 기술“ 등 몇 개의 단위과제에 대한 연구지원을 수행하였으나 통합된 프로그램으로 스마트 고분자 소재에 대한 연구개발 지원은 현재까지 이루어지지 않았다.
최근에는 전자․자동차 산업을 중심으로 스마트 고분자 소재에 대한 관심이 급증하고 있다. 특히 차세대 자동차에 적용되는 스마트 소재는 내장재 뿐 아니라 스마트 디스플레이, 에너지 하베스팅, 센서용 수동 및 능동 소자, 스마트 코팅재 등 그 활용도가 급증하고 있으므로 향후 이러한 분야에 대한 집중적인 지원이 요구된다.
■ 선도 기관
KAIST, 한국화학연구원 및 전자부품연구원을 중심으로 바이오 메디컬용 약물 전달체, 유전특성 고분자 소재, 온도 및 전기 활성 고분자 소재에 관한 연구가 진행되고 있다. 학계에서는 서울대, 포스텍, 인하대 등에서 인공근육, 온도 및 pH 감응 바이오 소재 및 전자기장 감응 유체 및 복합체에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.
다음의 표에 국내의 스마트 고분자 소재 기술을 선도하는 기관을 나열하였다.
■미래의 연구방향
○스마트 고분자 소재 복합기능 성능발현 기술
소재의 측면에서 단일기능을 가지는 스마트 고분자 제조를 위한 합성기술은 이미 확보되어 있다. 고분자의 내부 구조, 분자량, 기능기 등을 도입하기 위한 ATRP(Atom transfer radical polymerization), NMP(Nitroxo mediated polymerization), RAFT(Reversible Addition–Fragmentation chain Transfer) 중합으로 대변되는 비닐계 단량체의 리빙 중합기술은 상당 수준 발달하여 원하는 단량체를 가지고 원하는 기능기를 도입하는 수준에 이르렀다. 하지만 이들 중 NMP가 실용화되어 있으며 ATRP 등은 촉매선정 등의 이유로 상용화가 지체되고 있는 실정이다.
향후 이러한 정밀중합기술을 활용하면 현재의 단순기능의 스마트 고분자의 복합기능화를 달성할 수 있을 것으로 판단된다. 그러나 아직 내열성이 우수한 축합계 고분자에서는 현재까지 분자량 및 기능기를 비닐계 고분자와 마찬가지로 정밀하게 제어하는 기술은 완성되지 못하였으므로 이에 대한 집중적인 연구가 필요하다. 향후 축합중합체의 정밀 제어 기술이 개발되면 스마트 고분자의 활용 범위 즉, 연속 사용 온도를 획기적으로 높일 수 있기 때문에 보다 많은 활용이 예상된다.
○스마트 고분자 소재 디바이스화 기술
스마트 소재가 확보되어도 이를 소자화하는 기술 개발이 필요하다. 의료 제약용 약물 전달체는 국내 기술로서 많은 발전이 있지만, 이를 IT 또는 센서에 적용하는 기술은 현재 실험실 수준에 머물러 있다. 이를 위해서는 패턴화․집적화․다층화 등 현재 반도체 공정기술의 도입이 적극 요구되며, 이러한 공정에 적합한 스마트 소재의 개발이 필요하다. 또한 새로운 구조의 스마트 고분자 소재 기반 디바이스를 설계하는 수요기업의 활발한 노력이 요구된다.
○스마트 자동차용 능동기능 스마트 고분자 및 적용 기술
가장 빠르게 스마트 소재가 적용될 곳은 차세대 자동차 분야이다. 기본적으로 스마트 자동차는 센서 및 코팅기반으로 내외장재 부분에서 많은 스마트 소재들이 적용될 예정이다. 예를 들어 자가회복(self-healing) 코팅재, 항오, 방청, 항균 특성 코팅재 뿐 아니라 온도 센서, 중력 센서, 환경 유해물 센서 등 복합기능 센서기반 감성화 트렌드가 유지될 것이라고 판단된다. 따라서 세계 5위의 자동차 산업을 가진 국내에서 관련 소재 개발을 통한 스마트 자동차의 실현은 수요기업인 완성차 업체뿐 아니라, 소재 및 부품 개발 업계 등에서 발 빠르게 대응한다면 세계 시장을 선점할 수 있는 기술이 될 것이다.
■ 정책적 제언
○산업의 이슈가 반영된 소재 개발 프로그램 추진
스마트 고분자 기술은 전통적인 IT 및 자동차 산업의 고부가가치화 뿐 아니라 건축․바이오․의료 등 신규 산업의 원천이 될 수 있는 기술이다. 현재까지는 대학 및 연구소 등 기초연구 위주로 진행되고 있는 스마트 고분자 기술을 앞서 언급한 산업체의 기능․형상․안정성․신뢰성 등의 이슈를 반영하여 산․학․연 공동기획을 수행하고 이를 바탕으로 스마트 고분자 분야의 신규 연구프로그램을 활성화할 필요가 있다.
○다학제간 연구 활성화 및 기술 로드맵 작성
스마트 고분자 기술은 기본적으로 화학․물리․바이오 등의 기초학문을 바탕으로하여, 물성조절, 디바이스화 등 재료․전자․기계 등의 응용공학이 절대적으로 요구되는 분야이다. 더불어 의학, 산업 디자인 등 다양한 분야의 개념 및 아이디어가 접목되어야 기술완성의 결실을 맺을 수 있다. 이러한 관점에서 기획단계에서부터 다학제간의 연구가 전제되어야 한다. 각 주요 기술별 요소기술을 파악함에 있어 각 분야의 전문가가 참여하여 기술의 트렌드 및 확보 가능한 기술을 선정하여 단기․중기․장기에 걸친 기술 로드맵의 작성이 필요하다. 향후 이러한 기술적 로드맵에 산업적 파급 효과를 접목하여 2020년 이후 스마트 고분자의 기술적 주도권을 확보할 필요가 있다.
○원천기술 IP의 정책적 확보 및 상시적 기술이전 체계 구축
특정분야에서 지식재산권(IP)의 확보는 아무리 강조해도 지나치지 않다. 특히 스마트 고분자 기술 분야는 전통적인 소재 분야와는 다르게 기술적 성숙도가 낮은 것이 특징이다. 따라서 우리나라의 집중적인 투자는 향후 세계 기술에 임팩트가 큰 원천기술을 개발할 수 있는 가능성이 매우 높다.
이러한 관점에서 기획단계에서 전략적으로 3P(paper, patent, product) 분석 등을 통하여 확보되는 기술의 독창성을 명확하게 정의하고, 특화된 IP의 확보를 통하여 국가 경쟁력을 향상시키는 전략이 필요하다.
또한 수요기업에서는 국내의 우수한 스마트 고분자 분야의 IP를 상시적으로 확보한다는 기조 하에 특허 확보 전략을 수립하여, 지속적인 관리 및 보완 특허를 통하여 국내 개발 기술이 경쟁국에 유출되지 않고 국내 산업에 이바지 할 수 있는 선순환을 실현하는 기술이전 체계를 구축하는 전략이 요구된다.
