이번 연구에서 연구한 (a) 멍게껍질 (b) 멍게껍질에서 추출한 셀룰로오스 (c) 나노화된 셀룰로오스.[GIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 버려지는 해양폐기물에서 섬유를 추출해 친환경 전자소자를 개발했다.

광주과학기술원(GIST)은 신소재공학부 윤명한 교수와 인하대학교 화학공학과 심봉섭 교수 공동연구팀이 멍게 껍질에서 추출한 셀룰로오스 나노섬유와 전도성 고분자의 복합화를 통해 친환경 섬유형 유기 전기화학 트랜지스터를 개발했다고 밝혔다.

섬유형 유기물 전기화학 트랜지스터는 이온 주입을 통한 신호 증폭, 스위칭이 가능하기 때문에 체내 이식 또는 피부에 부착해 뇌, 심장, 근육 등 다양한 생체전기 신호를 쉽게 검출할 수 있어 헬스케어, 군사 의류, 스포츠웨어 및 패션 아이템 등 다양한 분야에서의 잠재적 활용이 가능하다.

일반적으로 전도성 고분자 소재의 기계적 및 전기적 특성을 강화하기 위해 각기 다른 장점을 지닌 두 물질을 혼합하는 복합화 방법이 사용되고 있다. 하지만 두 물질이 서로 잘 혼합되지 않거나 한 물질의 특성을 강화하려고 하면 다른 물질의 성능이 저하되는 문제가 발생한다.

이같은 한계를 극복하기 위해 연구팀은 높은 결정성과 방향성을 갖는 셀룰로오스 나노섬유(cellulose nanofiber; CNF)와 전도성 고분자 물질(PEDOT:PSS)을 복합화해 분자 수준에서 한 방향으로 고도로 정렬시킴으로써 기계적 유연성과 우수한 전기·전기화학적 특성을 겸비한 소재를 개발하는 데 성공했다.

고성능의 유연한 섬유형 전기화학 소자는 사람 또는 동물의 생체신호를 측정할 수 있을 뿐 아니라 식물에도 적용 가능해 식물의 이온 변화량 및 수분 함유 상태 등 영양 상태를 실시간으로 파악할 수 있는 차세대 스마트팜용 작물 모니터링 기술에도 활용할 수 있다.

윤명한(왼쪽부터) GIST 교수, 심봉섭 인하대학교 교수, Minhu Huang GIST 박사과정생, 이승현 인하대학교 박사. [GIST 제공]

윤명한 교수는 “이번 연구는 지구상에서 가장 풍부한 천연 유기물을 이용해 엔지니어링 고분자의 다양한 특성을 강화했다”면서 “특히 절연체인 셀룰로오스 나노섬유의 자발적 구조화를 유도해 전도성 고분자의 전기적 특성을 향상시킨 것은 구조화 효과를 명확하게 보여주는 것으로 학술적 의미가 크다”고 평가했다.

한국연구재단 기초연구실사업 지원으로 수행된 이번 연구는 생체재료 분야 국제학술지 ‘카보하이드레이트 폴리머’에 11월 11일 온라인 게재됐다.