인천대학교 물리학과에서 실크의 열전이 현상을 통해 마이크로파를 상업용 실크에 조사하여 파이로프로틴 기반의 전자 섬유를 제작하였다.

실크를 고온에서 열처리하게 되면 실크 주 사슬 사이의 수소 결합으로 결정화 되어있는 베타 시트 구조가 탄소 고리화합물로 변화 하면서 전기적 특성이 우수한 파이로프로틴으로 열전이가 일어난다. 하지만, 파이로프로틴을 제작하는 과정 중 필수적으로 필요한 고온 공정 (800 ~ 2000 ℃)은 많은 시간과 에너지를 소비해야한다는 단점을 가지고 있다.

본 연구에서 마이크로파가 탄소 고리화합물 내의 존재하는 파이 공액계에 강하게 흡수되며 이는 곧 줄 발열을 일으킨다는 사실을 확인하였고, 이를 통해 고온 열처리를 하는 대신에 비교적 낮은 온도 (650 ℃)에서 열처리 된 상업용 실크에 마이크로파를 조사하고 시료 표면에 줄 발열을 유발하여 단시간 (10초 이내)에 파이로프로틴 기반의 전자 섬유를 제작할 수 있다는 것을 확인하였다.

상업용 실크에 마이크로파 조사 후에 전자 섬유의 화학적, 구조적, 전기적 특성이 그라파이트 구조에 가깝게 변화하여 기존의 고온에서 열처리 한 파이로프로틴의 열전이 현상과 유사한 결과를 보여주는 것을 확인하였다.

본 연구에서 제안 된 전자 섬유의 전기 전도도는 약 102 S/cm로 기존의 1000 ℃ 이상에서 만들어진 파이로프로틴 기반의 전자 섬유와 비슷한 성능을 보이는 것을 관찰하였으며, 구부림이나 바느질에도 전기적 특성이 변하지 않고 섬유로 사용되기 적합하다는 사실도 밝혔다.

특히 이번 연구는 물리학과 박사과정생인 전준우 학생, 학부생인 나덕규 (공동 제1저자), 최준식 (공동 제1저자), 이재희 학생의 아이디어로 시작되었으며 같은 전준우 학생 (지도교수 김병훈)의 지도하에 실험과 논문 작성이 이루어졌다는 점에서 큰 의미를 가지고 있다.

이 연구는 인천대학교 교내과제와 한국연구재단 대학중점연구소사업의 지원을 받았으며 그 결과는 SCI급 학술지에 실리는 이례적인 성과로, 재료공학 분야 국제 학술지인 ACS 응용물질 및 계면 (ACS Applied Materials & Interfaces, impact factor=8.456)에 “Commercial Silk-Based Electronic Yarns Fabricated Using Microwave Irradiation” 제목으로 게재됐다.

[대학=중부뉴스통신]김준희 인턴기자  desk@jungbunews.com

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