나무 셀룰로오스로 난제 해결… 기존 생분해 소재 한계 극복

성신여자대학교 이윤호 교수 연구팀이 100% 친환경 소재만으로 세계 최고 수준의 산소 및 수분 차단 성능을 갖춘 투명 전자기기 보호막 개발에 성공했다. 이는 반도체, 디스플레이, 센서 등 광전자 소자의 친환경 상용화를 앞당길 획기적인 성과로 주목받고 있다.

연구팀은 나무에서 추출한 셀룰로오스 나노섬유와 생분해성 고분자인 ‘폴리락트산(PLA)’을 결합하는 방식으로 보호막을 개발했다. 특히, 나노 크기의 섬유 구조에 고분자를 자연스럽게 스며들게 하는 ‘모세관 상승 침투(CaRI)’ 공정을 개발하여 대면적에서도 균일한 필름을 만들 수 있게 했다.

연구팀이 개발한 필름은 A4 용지 크기로 제작이 가능하며, 유리처럼 높은 투명도를 자랑한다. 더욱 중요한 것은 이 필름이 기존 생분해성 소재의 가장 큰 한계였던 낮은 차단 성능을 완벽히 극복했다는 점이다. 습도가 높은 환경에서도 PLA가 셀룰로오스 나노섬유를 감싸 습기 침투를 효과적으로 막아주며, 현재까지 보고된 생분해성 소재 중 가장 우수한 산소 및 수분 차단 특성을 구현했다. 사용 후에는 환경 친화적으로 분해되는 특징까지 동시에 갖췄다.

이윤호 교수는 이번 성과에 대해 “친환경 소재만으로 세계 최고 수준의 전자 보호막 성능을 구현할 수 있음을 입증한 것”이라며 “대면적 제작이 가능한 이번 기술은 반도체 소자, 센서, 태양전지 등 다양한 광전자소자의 친환경 상용화의 길을 획기적으로 열어주는 계기가 될 것”이라고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 성균관대 성재욱 박사, 성신여대 정수혜 학생(공동 제1저자), 이채빈 학생(공저자) 등이 참여했으며, 재료 분야 최고 권위 학술지인 ‘Advanced Functional Materials’(IF 18.5) 이달 10일자 온라인판에 게재됐다.