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"실크 위한 거미줄 포집이 가장 힘들어"전준우 · 조세연 연구원 일문일답
  • 박희범 과학기술전문기자
  • 승인 2016.12.12 12:00
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"거미줄 실크를 이용해 전자섬유를 만들어야 했습니다. 한 철에만 구할수 있는 거미줄 포집이 가장 힘든 일이었습니다."

연구를 주도한 전준우 인천대 물리학과 연구원과 조세연 인하대 고분자공학과 연구원의 얘기다.

이들에게 연구과정과 어려웠던 점에 대해 들어봤다.

△연구 왜 했나.
-최근 전자공학과 섬유와의 융합을 통한 전자섬유의 구현에 대한 많은 관심이 집중 되고 있다. 전자 섬유는 입을 수 있고 전기전도도를 가진다는 독특한 특성 때문에 단순한 패션뿐만 아니라 의료, 스포츠, 국방 등의 여러 분야에 응용 될 수 있다.

기존의 전자 섬유는 직접 전자 장치를 옷에 부착하여 사용하였지만, 근래에는 탄소기반의 저차원 물질 등을 이용하여 섬유 자체에 전기가 흐르는 좀 더 기능적인 요소를 갖추는 전자 섬유 연구가 진행 중이다. 우리는 이러한 전자 섬유 제작 과정을 좀 더 쉽게 섬유에 적용하기 위한 방법을 찾아내기 위해 연구를 진행하게 되었다.

기존의 전자 섬유를 제작하는 연구 중 합성 섬유인 나일론에 소혈청 알부민(Bovine Serum Albumin, BSA)이라는 물질을 접착제로 이용하여 나일론 표면의 제타 퍼텐셜을 조정하여 산화 그래핀을 코팅시키고, 이를 환원하여 전자 섬유를 제작했다는 보고가 있다.

하지만 이는 전자 섬유와는 직접적으로 연관이 없는 물질이 공정 과정에 들어가며, BSA의 녹는점이 60~70°C로 열에 약하고, 제타 퍼텐셜*을 조정하기 위해서는 pH를 낮추어야 하는데 이 때문에 다른 화학 약품 (염산)이 필연적으로 들어가야 한다. 

실크와 산화 그래핀 사이의 수소 결합 상호작용을 통한 코팅 사진. 그림 (a)와 (b)는 각각 산화 그래핀과 실크 피브로인의 구조로 이들 작용기 사이에 그림 (c)와 같이 아무런 매개체 없이 서로 상호작용이 가능하기 때문에 산화 그래핀을 쉽게 코팅을 할 수 있다 (수소: 흰색, 탄소: 회색, 산소: 빨간색, 질소: 파란색). 그림 (d)와 (e)는 각각 산화 그래핀을 실크 피브로인에 코팅하기 전과 후의 사진이며, 이를 전자주사현미경 (Scanning Electron Microscopy)을 통하여 표면을 관찰한 결과, 그림 (f)와 같이 코팅 전에는 실크 피브로인 파이버의 표면이 매끈한 반면에 그림 (g)와 같이 코팅 후에 파이버 위에 주름이 생겨있으며 산화 그래핀이 잘 코팅이 되었다는 것을 알 수 있다.

또한 BSA의 단가가 매우 비싸기 때문에 공정 과정에서의 비용이 매우 많이 든다. 이러한 이유로 BSA와 같은 다른 접착제 작용을 하는 물질 없이 그래핀을 직접 섬유에 도입하여 비용절감, 시간절감 등의 경제성을 높이기 위한 방법을 모색했다.

△연구하면서 어려웠던 점이나 장애요소가 있었다면. 어떻게 극복(해결)하였는지. 
-처음 실험을 진행할 때에 산화 그래핀을 실크에 도입하는 과정에서 생각보다 쉽게 잘 이루어지지 않아서 공정에 어려움이 많았다. 하지만 이러한 문제를 해결하기 위해 코팅을 반복 진행도 해보고 코팅을 할 때에 조건을 계속 바꾸어 가며 최적화 된 조건을 찾을 수 있었다. 또한 초가을에만 얻을 수 있는 거미줄을 채집하는데 많은 시간을 보냈다.

△ 이번 성과, 무엇이 다른가.
-기존에 알려진 다른 매개체를 이용하여 그래핀을 섬유에 도입하는 방법은 비용이나 시간적인 측면에서의 단점이 필연적으로 존재한다. 

하지만 이번 연구는 실크와 산화 그래핀 작용기 사이의 직접적인 상호작용을 이용하여 다른 매개체 없이도 실크 섬유에 그래핀 산화물을 도입하였으며 또한 환원 과정에서도 다른 화학약품 (강산) 없이 열에 강한 실크의 독특한 특성을 이용, 열적 환원을 적용 할 수 있었다는 점에서 경제성 확보는 물론 간단하면서도 획기적인 전자섬유 제작방법을 제시하였다.

△꼭 이루고 싶은 목표와, 향후 연구계획은. 
-우리가 개발한 전자섬유를 기반으로 여러 가지 기능, 즉 미세먼지 센서, 수소 센서 및 반도체 성질을 가지는 전자섬유, 또한 입고 다닐 수 있는 에너지 저장체 개발 연구를 계획, 진행 중이다.

△에피소드가 있었다면.
-거미줄 실크를 이용한 전자섬유 개발 실험에 있어서, 직접 실험에 사용되는 거미줄을 채집하였는데 거미가 활동하는 기간은 한정적인데 반해 여러 실험을 반복해보기 위해 필요한 거미줄이 많이 필요하다 보니 거미줄이 항상 부족하였다. 결국 매주 등산을 하면서 열심히 찾아 다녔었다. 그 결과 학문과 건강이라는 두 마리의 토끼를 잡을 수 있었다.

박희범 과학기술전문기자  snews@s-news.kr

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#전준우#조세연#인천대#인하대#그래핀#전자섬유#거미줄실크

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