KAIST, 고기능성 스마트 섬유 대량 생산…스마트 센서 구현에 '유용'

금속세라믹 나노리본 얀의 전자주사현미경 이미지.

한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 박인규 기계공학과 교수가 '스마트 섬유용 금속·세라믹 나노리본 얀(섬유를 길게 꼬은 가닥) 제조 기술'을 개발했다고 8일 밝혔다.

안준성 고려대 세종캠퍼스 교수, 정용록 한국원자력연구원 박사, 정준호 한국기계연구원 박사와 공동연구했다.

스마트 섬유는 섬유에 디지털 정보 기술을 결합한 신개념 미래형 섬유다. 그동안 고성능 스마트 섬유를 구현하려면 나노물질의 우수한 전기 특성과 기계적 유연성이 확보된 기능성 금속·세라믹 나노섬유 개발이 필수였다.

기존 섬유에 전도성 나노 물질을 코팅해 스마트 섬유로 발전시켰는데, 스마트 섬유 응용 분야 다양성과 성능 확보에 한계가 존재했다.

공동연구팀은 범용적 금속·세라믹 나노리본 섬유 제조 플랫폼 기술을 개발했다.

나노임프린트 리소그래피(얇은 폴리머 필름에 나노 패턴을 생성하는 공정)로 제작한 나노 몰드에 금속을 증착한 후 플라즈마 식각 공정을 통해 몰드를 식각하면 공중부양된 금속·세라믹 나노리본을 얻을 수 있다.

기판과의 접착력이 약해진 나노리본 다발로 얀을 만들 수 있다. 대량 생산이 가능하며 다양한 무기물에 적용할 수 있는 세계 최초 차세대 얀 제조 공정이다.

연구에서는 금, 팔라듐, 니켈, 알루미늄, 백금, 텅스텐 산화물, 주석 산화물, 니켈 산화물, 인듐 산화물, 구리 산화물 등 다양한 소자로 나노리본 얀 제작 가능성을 입증했다.

또 개발된 나노리본 얀이 수소, 암모니아 등 그린 가스를 감지할 수 있는 고성능 가스 센서로 활용될 수 있을 뿐만 아니라 물 전기분해, 마찰전기 나노 발전기 등 그린 에너지 관련 소자로 효율적으로 응용될 수 있음을 보였다.

개발된 무기물 나노섬유는 기존 스마트 섬유용 소재의 한계를 뛰어넘어 의료, 패션, 국방, 헬스케어용 스마트 섬유에 적용 가능하며 사물인터넷(IoT)을 섬유에 구현하는 데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

박인규 교수는 “추후 센서·에너지 소자를 포함한 다양한 나노 전자 소자 제작에 활용될 수 있을 것”이라며 “나노구조체 제작 기술 및 스마트 섬유 기술의 압도적 선도국가가 되기 위한 발판이 될 것”이라고 연구 의의를 설명했다.

이번 연구는 스몰 3월 온라인판에 게재됐다.

김영준 기자 kyj85@etnews.com