세계 각국이 각종 환경오염을 유발하는 전자폐기물 문제로 골머리를 앓고 있는 가운데, 한국과 캐나다 국제 공동 연구진이 갑오징어 추출물을 활용한 친환경 전자소재를 개발해 주목받고 있다.
기존 전자제품 소재는 생분해가 안돼 오염물질로 분류된다. 이와 달리 이 제품은 거의 자연상태에서 완전 생분해가 이루어지는 국내 첫 친환경 소재여서 향후 다양한 전자제품에 쓰일 것으로 전망된다.
한국과학기술원(KAIST) 건설·환경공학과 명재욱 교수팀과 몬트리올공대 클라라 산타토 교수팀은 갑오징어에서 추출한 세피아 멜라닌 기반 전기 활성 필름을 공동 개발하는데 성공했다고 25일 밝혔다.
연구팀은 자연 상태에서 완전 생분해가 가능한 활성 필름을 개발한다는 목표 아래 천연 바이오 소재인 갑오징어 추출물을 기반으로한 세피아 멜라닌-셸락 잉크 복합체를 플렉소그래피 인쇄 기술을 활용해 은 전극 패턴의 종이 위에 인쇄했다.
이렇게 인쇄된 필름이 이산화탄소(CO₂)로 전환되는 정도, 즉 광물화도를 기반으로 퇴비화 조건에서 생분해 거동을 분석한 결과, 85일 만에 약 97% 생분해됨을 확인했다.
인쇄된 필름은 육안으로 봤을 때 20일 이내에 완전히 분해됐다. 연구팀은 주사전자 현미경 분석을 통해 박테리아가 인쇄 필름의 생분해에 관여해 퇴비 미생물 군집이 표면에 형성되는 것도 관찰했다.
인쇄 필름의 생분해 산물이 사람 등 생태에 유해한 독성을 갖고 있는 지도 조사했다. 그 결과 인쇄 필름과 그 개별 구성 성분들, 즉 세피아 멜라닌, 셸락, 셀룰로오스 등이 식물에 대한 독성이 미미한 것으로 드러났다.
전기적 특성 역시 만만치 않았다. 분석 결과 세피아 멜라닌-셸락 인쇄 필름의 전기 전도도는 0.0001 지멘스(S)/cm로 나타났다.
전기전도도가 뛰어난 금속이나 고가의 고성능 전자 재료에 비해선 현격히 낮은 수준이다. 다만 환경 센서, 생체 기기, 일회용 전자제품 등 저전력 기기에 활용하기엔 충분하다는게 연구팀의 설명이다.
특히 주목할만한 점은 생분해성이다. 친환경 제품에 널리 활용하기 위해선 셍분해성은 가장 중요한 요소다. 연구팀은 이 기술이 상용화되고 추가 연구를 통해 전기적 특성을 더욱 높이면 앞으로 전자, 통신, 자동차 등 각종 기기 널리 쓰일 것으로 기대된다고 설명했다.
환경오염 물질인 전자폐기물 감축에도 크게 기여할 것으로 보인다. 현재 전세계적으로 전자제품으로 인한 전자폐기물 발생량은 연간 6천만t이 발생할 정도로 심각한 상황이다.
전자폐기물은 그 자체로 자연에서 쉽게 분해되지 않을 뿐만 아니라 납, 카드뮴과 같은 중금속이나 폴리염화비닐 등 유해 화학물질을 유출, 생태계를 오염시킨다. 세계 각국이 지속 가능한 친환경 전자제품 개발을 위해 생물자원 기반 유기 전자 소재에 대한 연구가 활발한 것도 이 때문이다.
명재욱 교수는 “세피아 멜라닌, 셸락과 같은 널리 쓰이지 않는 바이오 기반 물질을 활용해 완전히 생분해되는 전기활성 필름을 구현한 최초 사례”라며 추가 연구를 통해 지속가능한 전자 디바이스 구현을 위한 여러 대안을 제시할 계획이라고 밝혔다.
이번 연구 성과는 지난달 29일 국제 학술지 '커뮤니케이션 머티리얼즈'(Communications Materials)에 게재됐렸
다.
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