첨단 과학과 결합한 종이 [우리가 몰랐던 과학 이야기] (76)

출처=Printed Electronics World

종이는 주로 기록하는 매체로 인식됩니다. 디지털이 발전하면서 종이를 이용한 매체는 점점 사라질 것이라는 예측이 빗발칩니다.

그러나 기술이 발전하면서 종이도 첨단과학을 입고 차세대 신소재로 주목받고 있는데요. 탄소 나노튜브와 셀룰로오스(섬유소) 기술 등을 통해 배터리와 반도체, 컴퓨터 등으로 그 영역을 넓혀가고 있습니다. 첨단 정보기술(IT) 발전과 함께 점점 사라지는 게 아닌, 더욱 진화한 모습으로 변신을 계속하고 있는 ‘스마트’ 종이에 대해 알아보도록 하겠습니다.

◆환경을 지키는 종이 배터리

출처=www.printedelectronicsworld.com

종이로 배터리를 만들 수 있습니다. 휴대기기에 대량으로 쓰이는 리튬이온 배터리를 교체할 수 있는 친환경 제품으로 주목받으면서 지속적인 연구와 개발이 이뤄지고 있는데요. 2007년 미국 렌셀러 폴리테크닉대의 연구진은 검은색 탄소나노튜브를 입힌 종이 배터리를 만들었으며, 2010년 들어 스탠퍼드대 연구팀이 종이나 섬유 등에 탄소 나노 페인트를 칠해 전지로 사용할 수 있는 기술을 개발했습니다. 이 배터리는 기존 리튬이온 제품보다 10배나 많은 4만회의 충반전을 할 수 있다고 합니다.

출처=대한민국 정책 브리핑(www.korea.kr)

국내에서는 2012년부터 국립산림과학원에서 종이 배터리의 원천기술을 연구해왔는데요. 2014년 나무에서 추출한 초극세 섬유 ‘나노셀룰로오스’를 이용해 휘어지는 종이 배터리를 개발하는 데 성공했습니다. 2018년 11월에는 사용 기간이 3배 이상 향상된 차세대 ‘리튬-황 종이전지’(사진)를 개발해 기존 리튬이온 배터리보다 에너지 용량은 2배 이상 늘리고, 원료 가격은 35분의 1로 줄였습니다.

◆첨단 웨어러블 기기를 위한 종이 반도체

종이 반도체 이미지. 출처=핀터레스트(Pinterest)

2011년 인하대 기계공학과 연구진은 셀룰로오스로 구성된 종이 양면에 전기를 가했을 때 떨림이 발생하는 현상을 발견하고, 생체 모방 종이 작동기(Electro-Active Paper·EAPap)를 개발했는데요. EAPap 기술을 통해 초소형 로봇과 비행체뿐만 아니라 종이 반도체도 만들 수 있다고 합니다. 또한 2016년 한국과학기술원(KAIST) 물리학과 연구팀은 정밀 반도체 회로를 종이로 만든 칩 위에 얹은 초소형 종이 반도체를 선보였습니다.

종이 반도체는 기존 칩에 비해 가격이 저렴합니다. 자유자재로 구부릴 수 있고 여러번 접었다 펴도 끊어지지 않기 때문에 차세대 웨어러블 및 플렉서블 기기에 적용할 수 있습니다.

◆음악을 들려주는 종이 컴퓨터

출처=Marcelo Coelho studio

2007년 8월 미 매사추세츠공과대(MIT) 미디어랩의 마르첼로 코엘료(Marcelo Coelho) 박사는 국제 유비쿼터스 컴퓨팅 학회에서 ‘종이 기반 컴퓨터’(Pulp-based computing·사진) 제조 기술을 소개했는데요. 종이 위에 전기가 흐르는 전도성 잉크로 전자회로를 그려 컴퓨터를 완성했습니다.

출처=Marcelo Coelho studio

종이로 만든 첨단제품은 원가도 획기적으로 절감할 수 있을 뿐 아니라 얇고 잘 휩니다. 덕분에 최근에 현실화되어 관심을 받는 휘는 디스플레이에 적용할 수 있어 향후 플렉서블 스크린과 스마트폰, 웨어러블 기기 등의 발전을 더욱 가속화할 수 있을 것으로 기대됩니다. 종이의 화려한 변신, 생각보다 우리 가까이에서 느낄 수 있겠죠?

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*이 기고는 한화케미칼과 세계일보의 제휴로 작성되었습니다.

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