재활용해도 성능 유지되는 '센서 소재', 폐기물 저감 기대

재활용 가능한 센서 신소재를 개발한 박치영 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학과 교수(왼쪽) 연구팀. DGIST 제공

국내 연구팀이 반복 사용·재활용이 가능해 전자 폐기물을 줄일 수 있는 고성능 센서 소재를 개발했다. 전자기기나 웨어러블, 의료기기 산업 등에도 활용될 것으로 기대된다.

대구경북과학기술원(DGIST)은 박치영 에너지공학과 교수팀이 최우혁 인하대 고분자공학과 교수팀과 함께 재활용 가능한 고감도 센서에 활용될 신소재를 개발하고 연구결과를 8월 10일 국제학술지 '케미컬 엔지니어링 저널'에 공개했다고 14일 밝혔다.

고감도 센서 등 전도성 재료는 반복 사용으로 성능 저하가 발생한다. 재활용 가능한 전도성 재료들은 재활용 과정에서 기계적·전기적 성능이 떨어지는 경우가 많다.

연구팀은 '동적 고분자 네트워크(DPN)'를 기반으로 재활용 가능한 차세대 센서 소재를 개발했다. DPN은 분자 사이의 결합이 공유 결합이 아닌 동적 결합으로 이뤄져 있어 결합이 끊어졌다가 다시 이어지는 능력이 뛰어나다. 외부 충격이 일어나면 결합이 끊어졌다가 이후 분자 간 상호작용을 통해 손상 부위가 자가치유된다.

연구팀은 '비닐로고스 우레탄(Vinylogous Urethane, VU)' 결합을 활용한 DPN과 단일벽탄소나노튜브(SWCNT)를 합쳐 민감도와 내구성이 뛰어난 동적 폴리머-SWCNT 복합체(DPC)를 개발했다.

재활용 가능한 동적 고분자-SWCNT 기반 유연전극 소재의 센싱 실험. 손가락 굽힘(a), 목 떨림(b), 이마 찡그리기(c), 빛(d)을 반복적으로 감지하는 데 성공했다. DGIST 제공

연구팀이 개발한 신소재는 다양한 기계적 움직임과 열, 빛에 민감하게 반응해 손가락 굽힘, 얼굴 표정 변화, 목의 삼킴 동작까지도 정확하게 감지할 수 있었다. 재활용 후에도 성능 저하 없이 동일한 감도를 유지했다.

이번 연구결과는 차세대 전자기기, 웨어러블·의료기기 분야에 활용될 것으로 기대된다. 연구팀은 기술을 상용화해 다양한 산업에 적용할 수 있도록 대량 생산과 비용 절감에 관련된 추가 연구를 진행 중이다.

박 교수는 "개발한 소재는 가공이 용이하며 기계적·화학적으로 재활용할 수 있다"며 "고분자 네트워크를 간단한 공정으로 재활용할 수 있어 전자기기나 웨어러블 센서의 수명을 연장하고 전자 폐기물을 획기적으로 줄일 수 있을 것으로 기대된다"고 밝혔다. 

<참고 자료>
- doi.org/10.1016/j.cej.2024.154730

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]