늘어나도 문제 없는 신축성 전자 섬유 나왔다

스티브박·정재웅·박성준 KAIST 교수 연구진

한국과학기술원(KAIST) 연구진이 액체 금속 입자를 이용해 신축성 전자 섬유를 개발했다. 기존 전자 섬유와 달리 늘어나도 전기적 성질을 유지할 수 있다./한국과학기술원

국내 연구진이 평범한 옷도 전자 제품으로 바꿀 수 있는 전자 섬유 기술을 개발했다. 착용자의 움직임과 외부 환경에 의해 늘어나면 전기적인 성질이 약해지지는 기존 전자 섬유의 단점을 극복한 신축성 섬유다. 웨어러블 디바이스와 스마트 헬스케어 제품에 활용도가 클 것으로 기대를 모은다.

스티브박·정재웅·박성준 한국과학기술원(KAIST) 교수가 이끄는 공동 연구진은 높은 전도도와 내구성을 갖는 액체금속 복합체를 이용해 신축성 전자 섬유를 개발했다고 25일 밝혔다.

전자 섬유는 전기적 특성과 섬유의 특징을 모두 갖춘 소재로 최근 웨어러블 디바이스 분야의 핵심 기술 중 하나로 주목 받고 있다. 현재 웨어러블 디바이스에는 일반 천을 사용해 단단한 전자 소자를 붙이거나 전도성 섬유로 전자 소자를 연결하는 수준에 머물고 있다. 고체 금속을 사용한 기존 전자 섬유는 신축성이 없어 형태가 바뀌면 전기전도성이 떨어진다는 문제가 있다.

KAIST 연구진은 이런 문제를 해결하기 위해 기계적 변형에 맞춰 형태가 변형될 수 있는 액체금속 입자 기반의 전도체 기술을 개발했다. 액체 금속 마이크로 입자를 사용해 외부에서 힘이 가해져도 형태가 변하면서 전기 저항의 변화를 최소화할 수 있는 기술이다.

액체 금속 마이크로 입자를 활용해 신축성 전자 섬유를 만들려는 연구는 전에도 있었다. 하지만 단순한 코팅 방법으로는 섬유에 입히는 것이 불가능했다. 연구진은 이를 ‘현택액 전단’ 기술로 해결했다. 액체 금속 입자를 섬유에 높은 밀도로 입히고 접착할 수 있는 방식이다. 또 탄소나노튜브(CNT)를 한층 더 코팅해 외부 환경에 의한 손상도 최소화했다.

이번에 개발한 신축성 전자 섬유는 높은 전기 전도성을 가지면서 내구성도 우수한 것으로 나타났다. 고체 금속을 사용한 전자 섬유와 달리150% 이상 늘려도 전기 전도도의 변화가 나타나지 않았다. 기계적 안정성도 우수해 1만번 이상 늘려도 전기적 성질을 유지했다.

연구진은 신축성 전자 섬유를 활용해 시중에 판매되는 옷에 전자 회로를 만드는 데도 성공했다. 인체에 면역반응을 일으키지 않는 생체 친화성 소재에도 활용해 신경과학 연구에 사용할수 있는 섬유형 바이오 전자 섬유도 만들었다. 형태 변형에 관계 없이 뇌 활동과 신경 자극을 측정할 수 있는 만큼 넓은 활용 범위를 가질 것으로 연구진은 기대했다.

스티브박 교수는 “옷에 다양한 전자 공학적인 기능을 웨어러블 형태로 구현하는 가능성을 보여준 연구 결과”라며 “웨어러블 헬스케어 소자나 최소침습형 임플란터블 전자소자 개발의 새로운 방향성을 제시했다ˮ고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 이달 13일 소개됐다.

참고자료

Nature Communications, DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-023-39928-x

이번 연구에 참여한 한국과학기술원(KAIST) 연구진. 왼쪽부터 이건희 박사 후 연구원, 이도훈 박사과정 연구원, 전우진 박사과정 연구원, 박성준 교수, 정재웅 교수, 스티브박 교수./한국과학기술원

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