센서 소재로는 전기가 잘 통하는 전도성 금속이 많이 이용된다. 금속은 그러나 구부리기 힘들고 쉽게 끊어지는 등 유연성과 내구성이 약하다. 이 같은 금속의 한계를 극복한 직물형 센서를 국내 연구팀이 개발했다. 면섬유를 그래핀과 탄소나노튜브를 섞은 용액으로 코팅해 만들었다. 그래서 여러 번 구부리거나 눌러도 손상되지 않고 전도성과 방수성이 뛰어나다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 압력과 변형 정도를 동시에 측정할 수 있는 직물형 복합센서 개발에 성공했다고 28일 밝혔다. 

이 직물형 센서는 면섬유를 그래핀과 탄소나노튜브를 섞은 용액으로 코팅해 제작됐다. 그래핀과 탄소나노튜브를 결합한 아이디어가 번뜩인다.

코팅액의 그래핀은 연필심 재료인 흑연을 산화시킨 산화 그래핀에 화학적으로 환원처리를 했다. 산화 그래핀은 절연체이므로 전도성을 띠도록 하기 위해 산화 그래핀에서 산소(O2)를 제거했다. 

코팅액의 또 다른 성분은 탄소나노튜브는 열전도율과 기계･전기적 특성이 뛰어나 다양한 구조 물질의 첨가제로 많이 이용된다.

연구팀은 1x3cm 크기의 직물형 센서를 먼저 제작했다. 이 센서는 전도성, 소수성(疏水性), 유연성이 매우 뛰어난 것으로 조사됐다. 즉, 전기가 잘 통하고, 물에 잘 젖지 않으며, 여러 번 구부려도 잘 손상되지 않는다. 이는 그래핀과 탄소나노튜브 2가지 소재의 장점이 결합된 결과다. 

탄소나노튜브의 복잡한 네트워크 구조로 인해 10만 번 이상을 구부리거나 압력을 가하더라도 내구성에 문제가 없는 것으로 파악됐다. 조사됐다. 면섬유에 전도성 그래핀을 입혔으므로 재료 자체가 센서다. 이에 따라 원하는 크기로 만큼 잘라서 사용하면 된다. 수십 센티미터 정도로 크기를 키우거나 대량생산하기도 쉽다.

이번 연구에서 고품질의 환원 그래핀 용액을 제조하는 작업은 한국화학연구원의 안기석 박사팀이 맡았다.  

 

연구팀은 제작한 센서를 웨어러블 소재인 장갑에 적용해 손가락 동작에 따른 움직임을 감지하는 모션센서 제작에도 성공했다. 향후 로봇의 손 또는 손발이 불편해 의수 의족을 착용하는 환자들 용으로 보급할 계획이다. 

아울러 침대, 차량좌석 등에는 위치에 따라 압력 강도 측정이 가능토록 만들어 수면시간 동안 생체신호를 읽어 숙면 정도를 파악하고 졸음 시 알람을 줄 수 기기 제작도 가능하다. 또 자세가 중요한 육상선수의 유니폼, 장갑, 양말 등 스포츠 의류 등에 센서를 장착해 최적의 자세를 찾는 데 이용할 수도 있다.

ETRI ICT부품소재연구소 신소자연구그룹 최춘기 박사는 "센서의 측정이 수초 내 이뤄지는 등 센싱 성능도 뛰어난 것으로 확인됐다"고 설명했다.  

이번 연구는 과학기술정보통신부의 지원으로 진행됐으며, 연구 성과를 담은 논문은 미국화학회 나노분야 국제저널 ‘응용재료 인터페이스(AMI)' 온라인판 1월 8일자에 실렸다.

송강섭 기자 successnews@successnews.co.kr

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