정혜전 인하대 기계공학과 연구교수
종이는 식물이나 나무에서 얻어지는 셀룰로오스로 구성된 섬유를 판상으로 재조합하여 구성된 천연재료로, 가볍고 값싸며 썩어 없어지는 특징이 있다. 종이의 역사가 시작된 이래 종이는 주로 기록매체로 사용되어 왔다. 세 번째 밀레니엄을 맞는 종이는 지금도 포장용 박스ㆍ아트지ㆍ복사지ㆍ의류ㆍ건축 등에 널리 사용되고 있다.
최근에 셀룰로오스를 주성분으로 하는 종이에 전기를 가했을 때 떨림이 발생하는 것을 발견하여 생체모방 종이작동기(Electro-Active Paper, EAPap)를 개발하였는데, 이 재료는 초경량ㆍ큰 변형ㆍ적은 전기에너지 사용, 빠른 응답 및 내구성, 그리고 자연계에서 공해를 일으키지 않고 썩어 없어질 수 있는 생분해성 지능재료로 학계의 관심을 끌고 있다. 특히 종이는 가볍기 때문에 배터리를 탑재하여 구동될 수 없으므로 마이크로파를 이용하여 원격 구동하는 기술을 개발하고 있다.
이렇게 원격 구동되는 생체모방 종이작동기는 탐사 및 정찰에 사용될 수 있는 초소형 벌레로봇ㆍ초소형 비행체ㆍ오락산업ㆍ음향 등에 사용할 수 있다. 이러한 EAPap 기술은 또한 종이 반도체 및 초소형기계전자시스템(MEMS)을 만들 수도 있다.
무엇보다 종이는 도처에 있어서 일상생활에서 매순간 사소하고도 중대한 일을 수행해 준다. 종이를 단순한 기록매체로만 생각하는 것이 아니라 새로운 기능성 재료가 될 수 있다는 발견은 종이의 제2의 발견이다. 앞서 말한 것처럼 전기작동종이(EAPap) 또는 생체모방 종이작동기라고 불리는 이 종이는 셀룰로오스를 주성분으로 한 것으로, 종이 양면에 전기를 가하면 떨림이 발생하는데 적은 전압에도 큰 변형을 만들어낸다. 그러나 종이는 가볍기 때문에 배터리 전원을 갖고 다닐 수 없다. 따라서 마이크로파를 사용하여 원격으로 전원을 공급하고 구동하는 장치를 생체모방 종이작동기와 결합시키면 나는 종이로봇을 구현할 수 있다.
종이에서 떨림이 발생하는 사실은 인하대 김재환 교수가 세계에서 처음으로 발견하였다. 지금까지 셀룰로오스 섬유로 생체모방 종이작동기를 만들어서 낮은 전압에도 큰 움직임을 만들어내는 결과를 얻었고 그 원리를 밝혀냈으며, 마이크로파로 원격전원을 공급하는 장치인 렉테나(rectenna)를 NASA와 협동으로 개발해 마이크로파로 구동되는 생체모방 종이작동기를 개발하게 됐다.
지금은 렉테나를 바로 셀룰로오스 종이 위에 통합하는 연구를 수행하고 있다. 여기서 종이의 거친 표면에 나노급의 박막을 일정한 형태로 만드는 일과 간단한 반도체소자를 직접 만드는 일이 중요한 과제이다. 이러한 생체모방종이작동기는 각종 공해정보ㆍ화산ㆍ산불ㆍ해충ㆍ교통량ㆍ테러감시ㆍ군사이동 등의 감시정보를 채취하는 초소형 비행체 및 행성 탐사에도 사용될 수 있다.
이러한 생체모방종이작동기 연구는 종이로봇을 만드는 것으로 끝나지 않는다. 셀룰로오스의 압전효과를 이용하여 압전종이를 만들었다. 셀룰로오스는 나무 및 식물의 구조를 이루는 성분으로, 체인들이 일정한 질서를 가지고 배열된 결정영역과 비결정 영역을 갖고 있다.
이렇게 배열된 결정영역의 결정구조는 압전효과를 낼 수 있는 구조를 갖고 있다. 셀룰로오스 압전종이는 힘을 가해 잡아당기면 종이 양면의 전극에서 큰 전하가 발생하는데 이것은 진동센서로 쓰일 수 있음을 말한다. 즉, 셀룰로오스 종이가 온도ㆍ습도ㆍ변형ㆍ포도당농도 등에 따라 전기적 신호가 변화할 수 있으므로, 물류운송감지센서, ID-태그 등에 쓰일 수 있다.
원격으로 구동되는 종이작동기는 영화 오락에 사용할 수 있는 인공 꽃ㆍ곤충 등을 만들 수 있으며 벽에서 스테레오 음을 내는 스마트 벽지를 만들 수도 있다. 마이크로파를 이용한 무선전력송신기술은 정보통신과 가전 등 여러 분야에 을 응용할 수 있다. 한편, 셀룰로오스에 극소량의 탄소나노튜브를 혼합하여 종이 트랜지스터를 만드는데 성공하였다. 이것은 종이 반도체의 시대를 열 수 있는 획기적인 결과라 하겠다.
셀룰로오스 종이가 단순한 기록매체로서의 종이가 아니라 로봇ㆍ센서ㆍ디스플레이ㆍ초소형 비행체ㆍ스피커ㆍ트랜지스터ㆍ배터리 및 화장용 패치에 이르기까지 고부가가치의 상품이 될 수 있음은 그 동안 종이를 너무 과거의 값싼 재료로 보아왔던 우리에게 종이의 새로운 가치를 보여준다. 이러한 시각과 이에 대한 집중된 연구는 `종이의 제2의 발견'을 우리에게 안겨줄 것이다.
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최근에 셀룰로오스를 주성분으로 하는 종이에 전기를 가했을 때 떨림이 발생하는 것을 발견하여 생체모방 종이작동기(Electro-Active Paper, EAPap)를 개발하였는데, 이 재료는 초경량ㆍ큰 변형ㆍ적은 전기에너지 사용, 빠른 응답 및 내구성, 그리고 자연계에서 공해를 일으키지 않고 썩어 없어질 수 있는 생분해성 지능재료로 학계의 관심을 끌고 있다. 특히 종이는 가볍기 때문에 배터리를 탑재하여 구동될 수 없으므로 마이크로파를 이용하여 원격 구동하는 기술을 개발하고 있다.
이렇게 원격 구동되는 생체모방 종이작동기는 탐사 및 정찰에 사용될 수 있는 초소형 벌레로봇ㆍ초소형 비행체ㆍ오락산업ㆍ음향 등에 사용할 수 있다. 이러한 EAPap 기술은 또한 종이 반도체 및 초소형기계전자시스템(MEMS)을 만들 수도 있다.
무엇보다 종이는 도처에 있어서 일상생활에서 매순간 사소하고도 중대한 일을 수행해 준다. 종이를 단순한 기록매체로만 생각하는 것이 아니라 새로운 기능성 재료가 될 수 있다는 발견은 종이의 제2의 발견이다. 앞서 말한 것처럼 전기작동종이(EAPap) 또는 생체모방 종이작동기라고 불리는 이 종이는 셀룰로오스를 주성분으로 한 것으로, 종이 양면에 전기를 가하면 떨림이 발생하는데 적은 전압에도 큰 변형을 만들어낸다. 그러나 종이는 가볍기 때문에 배터리 전원을 갖고 다닐 수 없다. 따라서 마이크로파를 사용하여 원격으로 전원을 공급하고 구동하는 장치를 생체모방 종이작동기와 결합시키면 나는 종이로봇을 구현할 수 있다.
종이에서 떨림이 발생하는 사실은 인하대 김재환 교수가 세계에서 처음으로 발견하였다. 지금까지 셀룰로오스 섬유로 생체모방 종이작동기를 만들어서 낮은 전압에도 큰 움직임을 만들어내는 결과를 얻었고 그 원리를 밝혀냈으며, 마이크로파로 원격전원을 공급하는 장치인 렉테나(rectenna)를 NASA와 협동으로 개발해 마이크로파로 구동되는 생체모방 종이작동기를 개발하게 됐다.
지금은 렉테나를 바로 셀룰로오스 종이 위에 통합하는 연구를 수행하고 있다. 여기서 종이의 거친 표면에 나노급의 박막을 일정한 형태로 만드는 일과 간단한 반도체소자를 직접 만드는 일이 중요한 과제이다. 이러한 생체모방종이작동기는 각종 공해정보ㆍ화산ㆍ산불ㆍ해충ㆍ교통량ㆍ테러감시ㆍ군사이동 등의 감시정보를 채취하는 초소형 비행체 및 행성 탐사에도 사용될 수 있다.
이러한 생체모방종이작동기 연구는 종이로봇을 만드는 것으로 끝나지 않는다. 셀룰로오스의 압전효과를 이용하여 압전종이를 만들었다. 셀룰로오스는 나무 및 식물의 구조를 이루는 성분으로, 체인들이 일정한 질서를 가지고 배열된 결정영역과 비결정 영역을 갖고 있다.
이렇게 배열된 결정영역의 결정구조는 압전효과를 낼 수 있는 구조를 갖고 있다. 셀룰로오스 압전종이는 힘을 가해 잡아당기면 종이 양면의 전극에서 큰 전하가 발생하는데 이것은 진동센서로 쓰일 수 있음을 말한다. 즉, 셀룰로오스 종이가 온도ㆍ습도ㆍ변형ㆍ포도당농도 등에 따라 전기적 신호가 변화할 수 있으므로, 물류운송감지센서, ID-태그 등에 쓰일 수 있다.
원격으로 구동되는 종이작동기는 영화 오락에 사용할 수 있는 인공 꽃ㆍ곤충 등을 만들 수 있으며 벽에서 스테레오 음을 내는 스마트 벽지를 만들 수도 있다. 마이크로파를 이용한 무선전력송신기술은 정보통신과 가전 등 여러 분야에 을 응용할 수 있다. 한편, 셀룰로오스에 극소량의 탄소나노튜브를 혼합하여 종이 트랜지스터를 만드는데 성공하였다. 이것은 종이 반도체의 시대를 열 수 있는 획기적인 결과라 하겠다.
셀룰로오스 종이가 단순한 기록매체로서의 종이가 아니라 로봇ㆍ센서ㆍ디스플레이ㆍ초소형 비행체ㆍ스피커ㆍ트랜지스터ㆍ배터리 및 화장용 패치에 이르기까지 고부가가치의 상품이 될 수 있음은 그 동안 종이를 너무 과거의 값싼 재료로 보아왔던 우리에게 종이의 새로운 가치를 보여준다. 이러한 시각과 이에 대한 집중된 연구는 `종이의 제2의 발견'을 우리에게 안겨줄 것이다.
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