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국내 연구진이 사용 후 벌레가 먹어 분해할 수 있는 친환경 전자소자를 개발했다.
광주과학기술원(GIST)은 윤명한 신소재공학과 교수와 심봉섭 인하대 화학공학과 교수 공동 연구팀이 이 같은 연구 성과를 냈다고 6일 밝혔다.
최근 환경 모니터링과 바이오센서 기술 발전으로 다양한 장소에서 데이터를 실시간 수집하는 저비용 센서의 수요가 늘고 있다. 문제는 이런 센서 대부분이 사용 후 회수가 어려워 전자폐기물로 남는다는 점이다.
연구팀은 바이오센서·환경센서에 쓰이는 '유기 전기화학 트랜지스터(OECT)'에 주목했다. OECT는 인쇄공정을 통한 대량 생산에 유리하지만 폐기 문제가 과제로 남아 있었다.
해법은 벌레가 섭취할 수 있는 점토 광물 '몬모릴로나이트(MMT)'였다. 다만 점토는 전기 전도성이 낮아 소자 성능 저하가 우려되는 만큼, 연구팀은 이를 전도성 고분자 'PEDOT:PSS'와 결합해 분해 가능성과 전기적 성능을 모두 갖춘 복합 소재를 만들었다.
여기에 종이 기판 기반 인쇄공정을 적용하고 수분에 약한 종이의 단점을 보완하는 방수·보강 기술도 구현했다. 이렇게 제작한 OECT는 낮은 전압에서도 안정적으로 작동했다.
실제 분해 여부는 슈퍼웜(대형 밀웜의 일종)을 이용한 실험으로 검증했다. 슈퍼웜은 활성층·기판·전극을 포함한 가로세로 3㎝ 크기의 소자 전체를 약 1주일 만에 완전히 먹어치웠고, 실험 기간 생존율도 95% 수준을 유지했다. 배설물 분석에선 소자가 단순히 잘게 부서진 게 아니라 화학적 변화를 동반한 실제 분해가 진행됐음이 확인됐다.
이번 기술은 환경 모니터링·헬스케어·스마트 농업용 센서 등 회수가 어려운 분야에 적용돼 전자폐기물 문제를 줄일 대안으로 기대된다.
윤명한 교수는 "친환경 소재를 사용한 소자 전체가 벌레에 의해 분해될 수 있음을 입증했다는 점에서 의미가 있다"며 "지속가능한 전자소자 개발에 새로운 방향을 제시할 것"이라고 말했다. 심봉섭 교수는 "기존 연구가 분해 가능한 개별 소재 개발에 집중했다면, 이번 연구는 실제 작동하는 소자를 벌레가 완전히 분해할 수 있음을 증명했다는 점이 가장 큰 차별성"이라고 설명했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 등의 지원을 받았으며, 연구 결과는 미국화학회(ACS) 발행 국제학술지 'ACS 폴리머 사이언스 앤 테크놀로지'에 지난달 29일 온라인판에 게재됐다. GIST 나현준 박사과정생, 인하대 홍영범 박사과정생, GIST 조일영 박사, 이다영 박사후연구원이 공동 제1저자로 참여했다.