친환경 섬유형 전기화학 트랜지스터 개발
광주과학기술원 연구팀과 합동 연구
멍게 껍질 추출 셀룰로오스 나노섬유와 전도성 고분자 물질 복합화
본교 심봉섭 화학공학과 교수팀이 친환경 섬유형 유기 전기화학 트랜지스터를 개발했다.
심봉섭 교수팀은 윤명한 광주과학기술원 신소재공학부 교수팀과 함께 멍게 껍질에서 추출한 셀룰로오스 나노섬유(CNF)와 전도성 고분자 물질(PEDOT:PSS)을 복합화해 이같은 성과를 냈다.
일반적으로 전도성 고분자 소재의 기계적·전기적 특성을 강화하기 위해선 서로 다른 장점을 가진 두 물질을 혼합하는 복합화 방법을 사용해야 한다. 하지만 두 물질이 잘 혼합되지 않거나 한 물질의 특성을 강화하면 또 다른 물질의 성능이 떨어지는 문제가 발생하는 것으로 알려져 있다.
연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 셀룰로오스 나노섬유와 전도성 고분자 물질을 복합화해 분자 수준에서 한 방향으로 정렬시킴으로써 기계적 유연성과 우수한 전기·전기화학적 특성을 가진 소재 개발에 성공했다.
섬유형 전기화학 트랜지스터는 사람이나 동물의 생체 신호를 측정할 수 있을 뿐 아니라 식물에도 적용 가능할 수 있어 식물의 이온 변화량과 수분함유 상태 등 영양 상태를 실시간으로 파악할 수 있다.
또한 이온을 주입해 신호 증폭과 스위칭이 가능하기 때문에 체내에 이식하거나 피부에 부착해 뇌·심장·근육 등 다양한 생체전기 신호를 쉽게 검출할 수 있다. 차세대 스마트팜용 작물 모니터링 기술과 헬스케어·군사 의류·스포츠웨어·패션 아이템 등 다양한 분야에서도 활용이 가능하다.
심봉섭 화학공학과 교수는 “이번 연구는 지구상에서 가장 풍부한 천연 유기물을 이용해 엔지니어링 고분자의 다양한 특성을 강화했다는 점에서 의미가 크다”며 “앞으로 친환경적인 웨어러블과 이식형 섬유 기반 전자기기·센서 개발에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다”고 말했다.
한편, 이번 연구는 한국연구재단 기초연구실사업(BRL)의 지원을 받아 진행됐다. 생체재료 분야 국제학술지인 ‘카보하이드레이트 폴리머’ 온라인판에 최근 게재됐다. 심봉섭 화학공학과 교수와 윤명한 광주과학기술원 신소재공학부 교수가 주도하고, 이승현 본교 박사와 Minhu Huang 광주과학기술원 박사과정 학생이 함께 연구를 수행했다.