첨단 과학과 결합한 ‘종이’

‘종이’는 주로 기록하는 매체로 인식되고 있는데요. 디지털이 발전하면서 ‘종이’를 이용한 매체는 점점 사라질 것이라는 예측이 많습니다. 하지만, 기술이 발전하면서 ‘종이’도 첨단과학을 입고 새로운 차세대 신소재로 주목받고 있는데요. 탄소나노튜브와 셀룰로오스 기술 등을 통해 배터리, 반도체, 컴퓨터 등 그 영역을 넓혀가고 있습니다. 첨단 IT 기술발전과 함께 점점 사라지는 것이 아닌, 더욱 진화된 모습으로 변신을 계속하고 있는 스마트한 종이에 대해 알아보도록 하겠습니다.

환경을 지키는  #종이배터리

종이로 만드는 ‘배터리’는 리튬이온 배터리를 교체할 수 있는 친환경 배터리로 주목받으면서 지속적인 연구와 개발이 이뤄지고 있는데요. 2007년 미국 렌셀러 폴리테크닉 대학의 연구진은 검은색 탄소나노튜브를 입힌 종이 배터리를 만들었으며, 2010년 스탠포드 대학 교수가 종이나 섬유 등에 탄소나노 페인트를 칠해 전지로 사용할 수 있는 기술을 개발했습니다. 이 배터리는 기존 리튬이온 배터리보다 10배나 많은 4만회의 충반전을 할 수 있다고 합니다.

국내에서는 2012년부터 국립산림과학원에서 종이배터리 원천기술을 연구해왔는데요, 2014년 나무에서 추출한 초극세 섬유 ‘나노셀룰로오스’를 이용해 휘어지는 종이배터리를 개발하는 데 성공했습니다. 그리고 2018년 11월, 사용 기간이 3배 이상 향상된 차세대 ‘리튬-황 종이전지’ 기술을 개발해 기존 리튬이온전지보다 에너지 용량은 2배 이상, 원료가격은 35분의 1로 줄였습니다.

첨단 웨어러블 기기를 위한 #종이반도체

2011년 인하대 기계공학과 교수는 셀룰로오스로 구성된 종이 양면에 전기를 가했을 때 떨림이 발생하는 것을 발견하고, 생체모방 종이작동기(Electro-Active Paper, EAPap)를 개발했는데요, EAPap 기술을 통해 초소형 로봇 및 비행체뿐만 아니라 종이 반도체를 만들 수 있다고 합니다. 또한 2016년 한국과학기술원(KAIST) 물리학과 연구팀은 정밀 반도체 회로를 종이로 만든 칩 위에 얹은 초소형 ‘종이 반도체’를 선보였습니다.

종이반도체는 기존 반도체 칩에 비해 가격이 저렴하고, 자유자재로 구부릴 수 있고 여러 번 접었다 펴도 끊어지지 않기 때문에 차세대 웨어러블 및 플렉서블 기기에 적용할 수 있습니다.

음악을 들려주는 #종이컴퓨터

2007년 8월, 미 매사추세츠공과대(MIT) 미디어랩의 마르첼로 코엘료(Coelho) 박사는 ‘국제 유비쿼터스 컴퓨팅 학회’에서 이른바 ‘종이 기반 컴퓨터(Pulp-based computing)’ 기술을 소개했는데요. 종이 위에 전기가 흐르는 전도성 잉크로 전자회로를 그려 종이 컴퓨터를 완성했습니다.

종이로 만든 첨단제품은 원가도 획기적으로 절감할 수 있을 뿐 아니라, 얇고 잘 휘기 때문에 최근에 현실화되어 관심을 받는 “휘는” 디스플레이에 적용할 수 있어 향후 플렉서블 스크린 및 스마트폰, 웨어러블 기기 등의 발전을 더욱 가속화시킬 수 있을 것 같아요. 종이의 화려한 변신, 생각보다 우리 가까이에서 느껴질 수 있겠죠?

미네랄페이퍼는 나무가 아닌 ‘돌’로 만든 종이인데요. 석회가루와 방수성 물질인 ‘폴리에틸렌’을 적당한 비율로 섞어 만든 종이로, 나무를 사용하지 않아 친환경적입니다. 일반 종이 1톤을 미네랄페이퍼로 대체하면 나무 20그루와 물 95L를 절약할 수 있습니다.

미네랄페이퍼를 이용해 물속에서 읽을 수 있는 책이나 안내서,  여러 번 사용해도 찢어지거나 해지지 않는 지도나 포스터, 수분이 있는 음식을 포장하거나 담는 음식물 포장지 등을 만들 수 있습니다. 반영구적으로 사용할 수 있고, 재활용되어 자연분해되기 때문에 지구를 지키는 종이라고 할 수 있습니다.

물에 녹는 #시크릿페이퍼

종이는 무언가를 기록하기 위한 것이지만, 물에 녹아 없어지는 종이도 있습니다. 물에 녹는 시크릿페이퍼는 셀룰로오스와 PVA(Polyvinyl Alcohol)로 만들어지는데요. 셀룰로오스는 물과 잘 섞이는 성질이 있어 물에서도 잘 풀어집니다. PVA는 물에 녹는 성질이 있는 폴리올레핀계 플라스틱으로, 입자가 매우 작아 물에 넣으면 작게 풀어지기 때문에 물에 녹는 것처럼 보입니다.

시크릿페이퍼는 무독성으로 정보보호가 필요한 문서들을 일일이 세절기에 넣는 수고를 덜 수 있으며, 간단히 물에 흘려 버리면 됩니다. 유성,  수성, 볼펜 등으로 쓸 수 있고, 컴퓨터 프린터 용지 등 일반 종이처럼 사용할 수 있습니다.

찢어지지 않는 #타이벡

타이벡(Tyvek)은 종이질감이지만 찢어지지 않는 신소재인데요. 종이처럼 생겼지만 고밀도 폴리에틸렌 섬유로 이뤄져 있으며, 다른 화학물질 첨가 없이 열과 압력으로만 만들어지는 친환경 소재입니다. 손으로 만졌을 때 종이와 같은 질감을 느낄 수 있는데요, 하지만 손으로는 찢기지 않으며 투습방수 성질이 있어 다양한 산업분야에서 사용되고 있습니다.

가볍고 내화학성이 있으며, 통기성은 좋지만 액체는 쉽게 통과하지 못해 공장이나 실험실 보호복,멸균 포장, 의료용품 포장 등에 사용되는데요. 내구성이 뛰어나고 부드러운 성질로 가방이나 에코백 등 패션 아이템으로도 활용되고 있습니다.

이제 종이는 단지 읽고 쓰는 데에서 그치지 않고, 소중한 개인정보를 지키고 의료용품을 보호할 수 있으며, 패션 아이템으로까지 발전하고 있습니다. 또,  우리의 생활을 좀 더 편리하게 할 뿐 아니라 자연을 보호하는 친환경 제품으로 탄생하고 있는데요. 다가오는 미래에 화학기술이 가져다 줄 종이의 다양한 변신이 더욱 기대됩니다.