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- 센서는 셀룰로오스, 밀랍, 전분으로 이루어진 천연 코팅층에 철과 산화철이 내장돼
- 천연 코팅층은 습기로부터 센서를 보호하며, 분해될 때는 산화된 철, 즉 녹만 남는다.
- 이 센서는 주로 일회용 의료 제품이나 농업용 센서 시스템처럼 전자 부품의 사용 기간이 제한적인 분야에 적용될 예정

프린터로 인쇄한 생분해성 센서

매우 작아서 거의 눈에 띄지 않는 자기장 센서가 토마토 표면에 인쇄되었다. 기존의 자기장 센서는 환경에 유해한 소재로 만들어지는 경우가 많았지만, 이 센서는 생분해성이 뛰어나고 자원 효율도 높은 친환경적인 대안이다. 

▲ 토마토에 인쇄된 생분해성 자기장 센서 – 지속 가능한 바이오 전자공학의 한 예. © Lin Guo

이 신제품은 헬름홀츠 드레스덴-로젠도르프 센터(HZDR) 과학자들이 주도한 국제 연구팀이 개발했다. 센서는 셀룰로오스, 밀랍, 전분으로 이루어진 천연 코팅층에 철과 산화철이 내장된 구조다. 이 천연 코팅층은 습기로부터 센서를 보호하며, 분해될 때는 산화된 철, 즉 녹만 남는다.

자기장 센서는 다양한 제품에 사용되며, 움직임, 위치, 거리 등을 측정하는 기능을 수행한다. 포장재나 휴대폰 등에 활용되는 것은 물론, 스마트 농업 분야에서는 수확량 모니터링 등에도 사용될 수 있다. 특히 센서의 유기 코팅은 환경에 무해하게 분해되기 때문에 더욱 중요한 역할을 한다.

기존의 자기장 센서와 달리, 이 친환경적인 대안은 니켈이나 코발트처럼 환경에 유해하거나 인체 건강에 위험을 초래할 수 있는 물질을 포함하지 않는다. 또한, 새로운 센서는 생산 과정에서 자원과 에너지를 효율적으로 활용할 수 있다. 하지만 생분해성 소재로 고감도 센서를 제조하는 것은 기술적인 난제이기도 하다. 따라서 연구팀은 높은 감도를 얻기 위해 철 코어를 얇은 산화물 층으로 감싼 코어-쉘 입자를 개발했다.

이 센서는 스크린 인쇄 공정을 이용하여 제조된다. 기존 방식처럼 재료를 힘들게 제거하는 대신, 필요한 부분에만 센서 층을 선택적으로 도포한다. HZDR 지능형 소재 부서 책임자인 마라코프는 "필요한 부분에만 센서를 인쇄한다"고 설명했다. 이러한 방식은 에너지와 재료를 절약해 준다.

인쇄 센서 기술은 이미 특허를 획득했으며, 현재 연구팀은 특정 응용 분야 개발에 집중하고 있다. 이 센서는 주로 일회용 의료 제품이나 농업용 센서 시스템처럼 전자 부품의 사용 기간이 제한적인 분야에 적용될 예정이다. 인쇄 센서를 캡슐화함으로써, 용도에 따라 수명을 맞춤 설정할 수 있다. 이러한 방식으로 센서는 미래의 보다 지속가능한 전자 제품 생산에 기여할 수 있다.

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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