분해성 전자 스킨! NTU 팀은 물고기 비늘로 만든 91.1%의 투과율을 가진 유연한 광전자 기판을 개발합니다

플라스틱 입자와 나노 입자가 환경에 미치는 영향이 점점 더 분명해짐에 따라 광전자 장치, 특히 분해 가능한 웨어러블 전자 제품 개발에서 플라스틱 필름의 영향은 점차 사람들의 관심을 끌고 있습니다. 중국 난징 공과대학(Nanjing University of Technology)의 연구팀은 물고기 비늘 재료를 사용하여 분해성 필름 기판을 만드는 가능한 답을 제시합니다.
 
"전자 스킨"

Nanjing University of Technology의 팀은 투명 플라스틱 필름이 있는 특수 유형의 광전자 제품인 유연한 AC 전기 발광 장치(ACEL, 교류 전기 휘도)에 중점을 두었습니다.

ACEL 장치는 얇고 유연한 투명 기판과 그 위의 배선 및 발광 재료로 구성됩니다. 현재 제품은 이미 균일한 발광을 달성할 수 있으며 특정 전력 처리 효율을 가질 수 있습니다. 또한 이러한 제품은 열을 덜 발생시킵니다. 이러한 특성으로 인해 이 장치는 웨어러블 전자 제품 개발에 매우 매력적입니다. 개발자는 심지어 빛나는 임시 문신이나 일회용 필름 스톱워치와 같은 분해 가능한 "전자 피부"의 많은 일회용 응용 프로그램을 구상했으며, 운동 선수는 게임 전에 피부에 이러한 스톱워치를 만든 다음 마지막에 쉽게 제거할 수 있습니다.
 
지속가능성 위기

이 디스플레이 기술은 사용하기 매우 편리하지만 많은 사람들을 걱정하게 만듭니다. 이러한 웨어러블 디스플레이 장치의 주요 구성 요소는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 및 폴리카보네이트(PC)와 같은 얇고 부드러운 플라스틱 기판이기 때문입니다. 지속 가능성 측면에서 이러한 재료의 사용은 한편으로는 재생 불가능한 화석 연료 원료로 만들어지고 생산 과정이 지구 기후 변화에 상당한 영향을 미치는 문제를 야기합니다.

한편, 폐플라스틱 자체는 쓰레기의 형태로 우리의 생활 환경에 더 많은 영향을 미치게 됩니다. 지구물리학 연구 저널(Journal of Geophysical Research)의 최근 리뷰에서 지적된 바와 같이, 미세 플라스틱과 나노 플라스틱은 거대한 해양 "쓰레기 벨트"를 형성하는 데 중요한 역할을 합니다.
 
방치된 원료

이에 따라 연구진은 전자 피부 응용 분야의 대안으로 사용할 수 있는 기판 재료를 찾고 있습니다. 이러한 재료는 환경에 미치는 영향이 거의 없어야 합니다. 현재 후보에는 나무의 셀룰로오스와 실크 단백질이 포함됩니다. 그 중 셀룰로오스 인수 자체는 지속 가능성 고려 사항을 충족하지 못하며, 실크 단백질은 일회용 태양광 제품의 대규모 생산에 사용하기에는 너무 비쌉니다.
 
Nanjing University of Technology, Yu Haidong, Liu Juqing 및 Huang Wei가 이끄는 팀은 또 다른 재료인 물고기 비늘의 젤라틴에 초점을 맞췄습니다. 연구원들은 이 물질이 몇 가지 잠재력과 우수한 광전 특성을 가지고 있다고 믿습니다. 더 중요한 것은 원료 공급에 문제가 없다는 것입니다. 그 논문의 저자에 따르면, 이 먹을 수 없는 물고기 비늘은 "연간 7050만 톤의 물고기 생산량의 3%"를 차지한다. 반면에 스케일 젤라틴은 생분해성, 즉 이 물질은 폐기된 후 환경에 자연적으로 통합될 수 있습니다.
 
물고기 비늘에서 발광 장치까지

이러한 아이디어를 검증하기 위해 Nanjing University of Technology의 팀은 먼저 물고기 비늘을 세척하고 화학적으로 전처리하여 전구체 용액을 만든 다음 연구원은 이를 페트리 접시에 넣고 물고기 비늘 젤라틴 필름을 만들었습니다. 테스트 결과 투명 필름은 가시광선 스펙트럼에서 최대 91.1%의 투과율을 가지며 이는 현재 사용되는 PET 필름(투과율 90.4%)보다 우수합니다. 이 필름은 또한 매우 우수한 유연성을 보여주며 뒤집을 수도 있습니다. 연구원들은 이 필름이 재활용하기 쉽고(60°C 물에 몇 초 동안 용해될 수 있음) 생분해될 수도 있다는 것을 발견했습니다(토양에서 단 24일 만에 완전히 분해될 수 있음).
 
다음으로, 연구팀은 이 물고기 비늘 젤라틴 필름을 여러 발광 장치의 기판으로 사용했습니다. 그들은 먼저 이 물고기 비늘 젤라틴 필름에 전극으로 사용되는 은 나노와이어 층을 코팅한 다음 스핀 코팅으로 발광 물질을 포함하는 발광층을 더 만들고 마지막으로 발광층 바닥에 은 나노와이어를 사용하여 또 다른 전극을 만들었습니다. 연구팀은 교류를 적용하면 수천 번의 굽힘과 이완 후에도 이 발광 장치가 여전히 밝은 빛을 방출할 수 있으며 "광도가 크게 감소하지 않았다"는 것을 발견했습니다.
 
Nanjing University of Technology의 연구원들은 그들의 방법이 "제조 과정에서 유해한 부산물과 전자 폐기물을 생성하지 않고 보다 환경 친화적인 광전자 제품을 생산할 수 있다"고 결론지었습니다. 그들은 물고기 비늘로 만든 필름이 웨어러블 기술 분야뿐만 아니라 플렉서블 디스플레이 분야에서도 큰 응용 전망을 가지고 있다고 믿습니다.