전체가 종이로 이루어진 '일회용으로 사용할 수 있는 전자회로기판'을 개발

불에 태울 수 있는 종이 회로기판 / Credit : Seokheun Choi (SUNY-BU)_Disposable electronics on a simple sheet of paper (2022 Eurek Alert)

최근 수십 년 동안 소형 전자기기는 생활에 한층 밀접 해졌습니다.

스마트폰, 태블릿 기기, 스마트 워치뿐만 아니라 일회용 소형 의료기기, 환경 모니터 등도 늘고 있습니다.

동시에 전자 기기의 폐기량도 급증하고 있어서 이 문제를 해결할 필요가 있습니다.

이번에 미국 뉴욕주립대 빙엄턴(SUNY-BU) 전기컴퓨터공학과 소속의 최석훈 씨 등의 연구팀은 종이로 된 전자회로기판을 시험해 소각과 생분해가 가능하다고 보고했습니다.

본 연구의 자세한 내용은 2022년 9월 27일 자 과학잡지 'ACS Appliance & Interfaces'에 게재되어 있습니다.

       요약

• 완전한 일회용 전자 기기 개발을 목표로 하다
• 종이로 만든 '태울 수 있는' 회로 기판이 개발되다

완전한 일회용 전자 기기 개발을 목표로 하다

일회용 전자기기에 대한 수요가 높아지고 있다/Credit:Canva

전자기기에 포함된 중금속이나 기타 물질은 적절하게 처리하지 않으면 환경에 악영향을 미칩니다.

이 문제는 특히 '일회용'의 소형 웨어러블 전자기기를 개발하는 데 있어서 큰 과제가 되고 있습니다.

다 썼다고 전자기기를 그대로 '타는 쓰레기'로 내던질 수는 없는 것입니다.

그럼 환경 문제를 신경 쓰지 않고 '일회용'으로 할 수 있는 전자기기를 개발하는 것이 가능할까요?

초이 씨 등 연구팀은 그 첫걸음으로 '저렴하고 폐기가 용이한 회로기판'을 시작하기로 했습니다.

기존의 전자 기판은 일회용으로 적용할 수 없다 / Credit : Canva

많은 소형 전자 기기에는 유리 섬유나 수지, 금속 배선으로 이루어진 전자 회로 기판인 프린트 기판이 탑재되어 있습니다.

연구팀은 이 회로 기판을 종이 등 태울 수 있는 소재로 만들려고 했습니다.

현재 이미 종이 회로 기판은 존재하고 있습니다.

그래도 그것들은 특수한 종이가 필요하거나 기존의 금속제 회로 부품을 종이에 장착했을 뿐인 어중간한 것입니다.

그래서 연구팀은 모든 전자회로 부품이 통합되어 있고, 게다가 그대로 태울 수 있는 전자 회로기판을 개발하기로 했습니다.

종이로 만든 '태울 수 있는'
회로 기판이 개발되다

개발된 일체형 종이 회로 기판 / Credit : Seokheun Choi (SUNY-BU) et al., ACS Appliance & Interfaces (2022)

연구팀은 종이 회로 기판을 새로 설계했습니다.

우선 밀랍을 사용해 반전된 회로를 종이 위에 인쇄했습니다.

이 종이를 오븐에 가열하면 밀랍이 종이에 스며듭니다.

그 후 종이에 반도체 잉크와 도전성 잉크를 도포하면 밀랍이 스며들지 않은 영역에만 잉크가 스며들어 회로가 형성됩니다.

그 위에 도전성의 금속 부품을 인쇄하고 추가로 위로부터 겔상의 전해질을 도포해서 완성시켰습니다.

실험에서는 저항기와 콘덴서, 트랜지스터가 탑재된 새로운 회로 기판이 테스트되었으며 정상적으로 기능하는 것이 확인되었습니다.

이 회로기판은 저항기 등의 부품을 탑재한 후에도 얇고 유연해서 마치 종이와 같았습니다.

불을 붙이면 타서 재가 된다. / Credit : Seokheun Choi (SUNY-BU)_Disposable electronics on a simple sheet of paper (2022 Eureck Alert)

또한 회로 기판만의 그 자체에 불을 붙이면 회로마다 즉시 타버려 재가 되는 것도 확인할 수 있었습니다.

연구팀은 이 종이 회로기판은 분해되기 쉽기 때문에 불필요해지면 그대로 방치해 생분해시킬 수도 있다고 말했습니다.

물론 이 저렴한 가격에 태울 수 있는 회로기판을 탑재한다고 하더라도 현 단계에서 전자기기를 그대로 태우거나 버릴 수는 없습니다.

그래도 다른 부품 역시 환경 친화적인 것으로 변환해 나간다면 미래에는 완전히 일회용이 가능한 소형 전자기기를 개발할 수 있을지도 모릅니다.

연구팀의 다음 과제는 생분해하지 못하는 금속 부품을 생분해가 가능한 것으로 대체하는 것이라고 말하고 있습니다.

관련 원문은 아래 링크를 참고하세요

Integrated Papertronic Techniques: Highly Customizable Resistor, Supercapacitor, and Transistor Circuitry on a Single Sheet of Paper



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