국내 연구진, 유해가스 감지하는 섬유 기반 웨어러블 센서 개발

김진수 기자 / 기사승인 : 2019-09-05 09:41:22
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후처리 공정, 촉매 없이 유해가스 센싱 보유한 복합섬유 개발
▲ KIST-KAIST 공동연구진이 개발한 복합섬유를 일반 섬유에 직조한 상태에서 질소산화물 감지 테스트를 하는 모습 [사진=KIST]

[IT비즈뉴스 김진수 기자] 웨어러블 기기가 널리 보급된 현재 관련 분야의 연구도 활발하게 진행 중이다. 그중에서도 착용을 통해 상태와 환경을 실시간으로 손쉽게 감지할 수 있는 웨어러블 센서가 주목을 받고 있다. 


웨어러블 센서는 여러 소재와 결합해 모양과 기능을 다르게 구현할 수 있다. 섬유 형태는 유연하며 일반 섬유에 직조를 할 수 있어 이상적인 플랫폼으로 주목받는 가운데 국내 연구진이 섬유형 센서 개발에 성공했다.

한국과학기술연구원(KIST) 기능성복합소재연구센터 정현수·이승기 박사 연구팀과 한국과학기술원(KAIST) 정희태 교수 연구팀이 공동연구를 통해 후처리 공정이 필요 없고 연속으로 대량생산이 가능한 섬유형 이산화질소(NO2) 센서를 개발했다.

기존의 섬유 기반 센서 소재는 일반 섬유에 전도성 소재와 센서 소재를 혼합·코팅하는 방식으로 제작됐다. 허나 저항이 높아 높은 전압이 필요하고 섬유와 코팅되는 소재 결합력이 떨어져 내구성 부문에서 한계가 있었다.

이를 해결하기 위해 전도성을 갖는 그래핀산화물 섬유가 주목받고 있으나 후처리 공정이 필수적이고 유연성 저하, 공정·소재 비용이 들면서 단점으로 지적됐다.

KIST 연구진은 버려지는 멍게껍질로부터 나노셀룰로오스를 추출해 탄소나노튜브와 결합한 복합섬유를 제조해 후처리와 촉매가 필요 없는 이산화질소 센서 소재를 개발했다. 개발된 복합섬유는 기계적 강도와 유연성을 동시에 보유하고 있어 일반 섬유와 직조가 가능하다.

실제로 연구팀은 복합섬유를 삽입한 직물을 만들어 유해가스인 이산화질소를 감지하는 데 성공했다고 밝혔다. 특히 현재 상용화된 일반 습식방사법으로 복합섬유를 연속 생산할 수도 있어 웨어러블 가스 센서 상용화에도 유리할 것으로 연구팀은 전망하고 있다.

연구진은 연구에 쓰인 소재 가격으로 산출한 결과, 섬유 1m당 약 10원 미만의 비용이 든다고 설명했다. 해당 기술로 제조된 복합섬유는 전도성·다공성, 이산화질소 가스에 대한 높은 선택성과 감도(ppb 레벨)를 제조단계에서부터 보유하고 있다.

KIST 정현수 박사는 “해당 연구는 웨어러블 센싱 소재로서 갖춰야 할 기본 물성을 재료의 복합화를 통해 효율적으로 한 번에 제조할 수 있는 있다는 점에서 의미가 있다”며 “향후 이산화질소 외에 다른 유해가스 검출용 웨어러블 소재 기술 개발에 집중할 계획”이라고 밝혔다.

해당 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 오픈리서치프로그램과 한국연구재단 나노소재기술개발사업을 통해 수행됐다. 연구결과는 ‘ACS Nano’(IF: 13.71, JCR 분야 상위: 4.04%)에 최신호에 게재됐다. KIST는 제조기술에 대한 국내 특허를 출원 완료(2018-0141635) 했다.

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