국방과학연구소(ADD, 소장 김인호)는 연구소에 재직 중인 정희수 선임연구원의 ‘입을 수 있는 플라즈마 직물(Wearable Plasma Fabric)’연구 결과가 지난 1월 18일(수) 세계적 학술지인 네이처(Nature) 자매지 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’최근호에 게재 됐다고 밝혔다.
'플라즈마(Plasma)'란 물질의 상태는 고체, 액체, 기체 등 세 가지로 나뉘는데 플라즈마는 ‘제4의 물질 상태’로 기체 상태에 높은 에너지를 가하면 기체는 전자와 원자핵으로 분리되어 플라즈마 상태가 된다. 번개, 오로라 등이 대표적인 플라즈마 상태다. 인공적으로 플라즈마를 만들려면 초고주파, 전자빔 등 전기적 방법을 가해 플라즈마를 생성한 다음 자기장 등을 사용해 이런 상태를 유지한다.
ADD는 2014년 신개념·신기술 아이디어 공모에서 새로운 시각으로 접근한 정 연구원의 플라즈마 아이디어를 선행핵심연구로 선정했다. 정 연구원은 해당 연구를 통해 ‘유연전극(flexible electrode)을 활용한 입을 수 있는 대기압 공기 플라즈마 직물 제작 기술’(논문명: Wearable Atmospheric Pressure Plasma Fabrics Produced by Knitting Flexible Wire Electrodes for the Decontamination of Chemical Warfare Agents)’을 독자적으로 개발하는데 성공했다.
기존의 플라즈마 반응기는 단단하고 평평한 도체 전극을 사용하기 때문에 3차원의 복잡한 전극 구조를 제작하는 것이 거의 불가능했다. 정 연구원은 이러한 한계를 극복하기 위해 원하는 대로 구부리고 묶을 수 있는 유연전극을 고안했다.
이번 연구를 통해 개발된 유연전극은 한 가닥의 전선(wire)형태가 방전이 가능한 단위구조로 이루어져있어 뜨개질 방법(편조, 직조)을 활용하여 2차원이나 3차원 등 원하는 모양으로 전극의 형태와 크기를 쉽게 확장할 수 있는 큰 장점을 가지고 있다. 정 연구원은 이번 연구를 통해 ‘입을 수 있는 플라즈마 직물’로의 제작변형 기술과 유연전극의 물리적 특성 연구 결과 등을 세계에서 최초로 제시했다.
ADD는 이를 활용해 세계 최초 미래형 화생방 제독 개념으로 대기압 공기 플라즈마를 덮어서 제독이 가능한 ‘플라즈마 담요’를 연구 중에 있으며, 학술지에 게재된 논문에서도 플라즈마 담요의 핵심 부품인 유연전극을 활용하여 독성화학무기인 신경작용제(VX, GD)와 수포작용제(HD)를 수십 분 내에 제독 가능한 독보적인 기술을 소개하고 그 연구결과를 제시했다.
이번 연구결과는 플라즈마를 활용하는 산업분야에서 다양하게 적용이 가능할 것으로 기대하고 있다. 특히 플라즈마가 표면이나 공기 중에 포함된 오염물질을 분해하고 제거하는데 효과적이며, 살균과 상처치료가 가능하기 때문에 환경, 식품, 바이오, 의료, 미용 분야 등 폭넓은 분야에서 활용할 수 있다.
또 국방과학기술 민수화 사업에 참여해 이미 국내 등록된 플라즈마 관련 특허 5개를 이용하여 2016년 약 50건의 기술 상담을 수행했으며, 기술이전을 체결한 업체에는 특허의 통상실시권을 허락하고, 업체에서 개발하고자하는 플라즈마 항목에 적극적인 기술 자문을 실시하고 있다.
정 연구원은 “국방과학 분야의 독창적이고 선도적인 플라즈마 기술 개발을 통해 국가 안보를 굳건히 하고, 민수로의 기술이전을 통해 국가 경제 발전에 이바지하는 연구를 하고 싶다”고 말하며 “본 연구가 ‘국방 플라즈마’의 씨앗이 되어 다양한 플라즈마 연구가 진행되면 좋겠다”고 기대감을 나타냈다.
< 용어설명 >
1. 제독(decontamination) : 화생방 작용제를 분해, 약화, 제거 등을 통하여 안전한 환경이 되도록 하는 작업 과정
2. 신경작용제(Nerve agent) : 흡입 또는 피부 접촉 시 주로 교감신경과 부교감 신경의 균형을 파괴함으로써 단시간 내에 사망하게 하는 급속 살상 작용제
3. 수포작용제(Blister agent) : 피부에 작용하여 수포를 형성하고 소화기, 눈, 호흡기 계통에 부상을 입히는 작용제
4. 기체 방전(gas discharge): 전가가 거의 통하지 않는 기체가 강한 전기장 속에 있을 때 절연성을
잃고 전류가 흐르는 현상
