멍게껍질로 유해가스 감지 웨어러블 센서 만든다

KIST-KAIST연구진, 유해가스 감지 센싱기능 보유 복합섬유 개발
대량생산 및 일반 섬유에 직조 가능, 차세대 웨어러블 센서 활용

국내 연구진이 멍게껍질과 탄소나노튜브로 만든 복합섬유로 유해가스를 감지하는 웨어러블 센서 개발에 성공했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 기능성복합소재연구센터 정현수 박사, 이승기 박사 연구팀이 정희태 한국과학기술원(KAIST) 교수 연구팀과 공동연구를 통해 후처리 공정이 필요 없고, 연속으로 대량생산이 가능한 섬유형 이산화질소(NO2) 센서를 개발했다고 3일 밝혔다.

최근 착용을 통해 상태와 환경을 실시간으로 손쉽게 감지할 수 있는 웨어러블 센서가 주목을 받고 있다. 웨어러블 센서는 여러 소재와 결합해 모양과 기능을 달리하는데 섬유 형태는 유연하고, 일반 섬유에 직조할 수 있어 이상적인 플랫폼으로 주목받고 있다.

기존 섬유 기반의 센서 소재들은 대부분 일반 섬유에 전도성 소재와 센서 소재를 혼합해 코팅하는 방식으로 제작된다. 하지만 저항이 높아 높은 전압이 필요하고 섬유와 코팅되는 소재들의 결합력이 떨어져 내구성에 문제가 많았다.

이를 해결하기 위해 섬유 자체가 전도성을 가지는 그래핀 산화물 섬유가 등장했다. 그러나 그래핀 섬유는 후처리 공정이 필수이며, 유연성이 많이 저하되고, 공정 및 소재 비용이 많이 소요돼 경제적이지 못하다.

연구진은 멍게껍질에서 나노셀룰로오스를 추출한 뒤 탄소나노튜브와 결합한 복합섬유를 제조해 후처리 및 촉매가 필요 없는 이산화질소 센서 소재를 개발했다. 개발한 복합섬유는 기계적 강도와 유연성을 동시에 보유하고 있어 일반 섬유와 직조가 가능하다. 연구팀은 복합섬유를 삽입한 직물을 만들어 유해가스인 이산화질소를 감지하는 데 성공했다.

특히 일반 습식방사법으로 복합섬유를 연속 생산할 수 있어 향후 값싼 웨어러블 가스 센서를 상용화하는 데 있어 유리할 것으로 보인다. 연구에 쓰인 소재 가격만으로 제조비용을 산출한 결과, 섬유 1m당 10원 미만의 비용이 드는 것으로 확인됐다.

정현수 박사는 “이번 연구는 웨어러블 센싱 소재로서 갖춰야 할 기본 물성들을 재료의 복합화를 통해 효율적으로 한 번에 제조할 수 있는 있다는 점에서 중요하다”며 “이산화질소 외에 다른 유해가스 검출용 웨어러블 소재를 경제성 있게 개발하는 데 매진하겠다”고 밝혔다.

연구결과는 소재 분야 유명 국제저널인 ‘ACS 나노‘ 최신호에 게재됐다. KIST는 제조기술에 대한 국내 특허를 출원을 완료했다.

【서울=뉴시스】