"전기 잘 흐르는 스마트 나노복합 섬유 나왔다"

분산제 없이 나노소재 재배열로 고전도성 달성...입는 스마트 기기 조기 구현 기여

[사진 제공=한국전기연구원]

아주경제 정하균 기자= 차세대 유연전극 재료로 주목받고 있는 탄소나노튜브(CNT)와 금속나노소재(은나노와이어)를 분산제 없이 복합화해 전기가 잘 통하는 섬유(고전도성 섬유)를 제조할 수 있는 획기적 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 의복과 일체화된 진정한 형태의 ‘의류형 웨어러블 디바이스’의 조기 구현에 크게 기여할 것으로 예상된다.

한국전기연구원(KERI·원장 박경엽) 이건웅·한중탁 박사팀은 최근 의류형태의 웨어러블 디바이스에 필수적인 ‘유연 고전도성 섬유’를 제조할 수 있는 고전도성 페이스트(섬유방사도프) 제조기술과 탄소나노튜브와 은나노와이어의 재배열을 통해 전기 전도도를 획기적으로 향상시킬 수 있는 기술을 개발하는 데 성공했다고 26일 밝혔다.

이번 연구는 자체 정부출연금사업, 산업융합원천기술개발사업과 글로벌프론티어 나노기반소프트일렉트로닉스 사업단 참여를 통해 이뤄졌다.

연구결과는 세계 최고 과학전문지 ‘네이처’의 자매지인 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’ 온라인판 최근호(3월 20일자)에 게재됐다.

현재 ‘웨어러블 디바이스(Wearable device)’라고 하면 액세서리 형태의 스마트 워치나 구글글라스와 같은 액세서리형 기기들을 주로 떠올린다. 그러나 전문가들은 향후 진정한 의미의 웨어러블 기기는 액세서리 형태가 아니라 우리가 항상 입고 있는 옷과 일체화된 형태의 의류형 웨어러블 디바이스가 될 것으로 전망하고 있다. 소형화가 가능하면서 변형에 자유로운 직물의 특성 때문이다.

이러한 의류형 웨어러블 스마트 디바이스를 구현하기 위해서는 필수적으로 전극 역할을 수행하는 섬유형태의 전도성 섬유가 필요하다. 전도성 섬유를 웨어러블 디바이스에 사용하기 위해서는 기계적 물성, 환경 신뢰성 및 세탁성, 신체 적합성 등 다양한 요구조건을 만족시켜야 한다. 반면 현재 일부 선보이고 있는 금속 섬유의 경우 전기 전도도는 매우 우수하지만 섬유 고유의 기계적 특성 구현이 어렵고 신체적합성에 문제가 발생할 수 있다. 세탁도 어렵다. 금속 코팅섬유나 전도성 고분자 코팅섬유의 경우에도 전기 전도도가 낮아 대전방지 등의 제한적 용도로만 사용된다.

KERI 연구팀이 대안으로 개발한 방법은 고분자와 탄소나노튜브(CNT)가 혼합된 페이스트(paste)에 분산제 없이 은나노와이어를 혼합해 섬유로 만들 수 있는 페이스트를 제조한다. 이후 기존 ‘용액방사 공정’을 통해 전기가 잘 흐르는 고전도성 섬유를 제조하는 방법이다. 
 

고전도성 섬유를 제조할 수 있는 획기적 기술을 개발한 한국전기연구원 이건웅(왼쪽)·한중탁 박사. [사진 제공=한국전기연구원]

한중탁 박사는 "이번에 개발된 탄소나노소재 기반 고전도성 섬유를 이용해 의류형 웨어러블 디바이스를 개발할 경우 각종 변화를 감지할 수 있는 센서, 이의 전원 공급에 필요한 에너지 발생 및 저장소자 그리고 이러한 전기적 신호를 전송할 수 있는 안테나 등으로 활용할 수 있을 것으로 기대한다"고 설명했다.

이건웅 박사는 "향후 우리가 접하게 될 의류형 웨어러블 기기의 핵심이 되는 전도성 섬유가 개발돼 그 실현 시기를 앞당기게 될 것으로 보인다"며 "현재 산업부 미래성장동력 사업으로 예비타당성조사가 진행 중인 ‘웨어러블 스마트 디바이스’ 사업의 성공적인 수행에도 큰 기여를 하게 될 것으로 기대된다"고 밝혔다.

연구팀은 현재 해당 기술에 대한 특허를 출원하고 관련업체와의 협의를 통해 기술이전 및 사업화 방안에 대한 협의를 진행할 예정이다.