침 삼킬때 미세한 떨림도 파악…유니스트, 감지센서 소재 개발

기존 소재보다 민감도 4배 향상
웨어러블 헬스케어 기기에 사용

울산과학기술원(UNIST)이 웨어러블 헬스케어 기기의 성능을 한 단계 끌어올릴 차세대 나노 소재를 내놨다.

UNIST는 반도체소재부품대학원 김수현·권순용 교수팀이 온도와 압력 변화를 동시에 감지할 수 있는 티타늄 탄질화물 기반 초고감도 맥신(MXene) 소재를 개발했다고 12일 밝혔다.

맥신은 금속과 탄소·질소로 이뤄진 원자층이 층층이 쌓인 구조의 나노 물질이다. 두께가 극히 얇고 유연하면서도 전기전도성이 뛰어나 스마트 의류, 웨어러블 헬스케어 기기용 센서 소재로 주목받아 왔다.

연구팀이 개발한 신소재는 질소가 없는 기존 맥신 대비 온도 민감도는 3배, 압력 민감도는 4배 이상 향상됐다. 아주 미세한 외부 자극에도 전기 저항이 크게 변하는 만큼, 기기가 인체 신호를 훨씬 선명한 전기 신호로 포착할 수 있다.

성능 향상의 핵심은 질소 농도 최적화다. 질소는 특정 영역에서 전자 밀도를 높이고 격자 진동 현상을 강화해 외부 자극에 대한 반응성을 극대화하는 역할을 한다.

연구팀은 이 원리를 활용해 최적 질소 농도를 정밀하게 제어하는 데 성공했다.

실증 실험에서도 뚜렷한 성과가 확인됐다. 이 소재로 제작한 센서는 말하기·침 삼키기·기침 등 성대의 미세한 떨림을 명확히 구분해냈다.

눈가에서는 눈 깜박임을, 손목에서는 맥박 파형을 포착했으며, 신발 뒤꿈치에 부착해 보행 패턴 분석도 가능했다.

비접촉 온도 감지 성능도 두드러졌다. 1~2㎜ 거리를 둔 상태에서 스마트폰 카메라 플래시의 적외선 열을 감지했고, 손가락이 닿지 않아도 접근만으로 온도 변화를 인식했다.

김수현 교수는 “헬스케어뿐 아니라 에너지 저장, 촉매, 전자기파 차폐 등 다양한 첨단 나노 소재 분야로 응용을 넓힐 수 있을 것”이라고 말했다.

울산=하인식 기자 hais@hankyung.com