[사이테크 플러스] "골무처럼 손가락에 끼워 심박수 측정"..섬유형 전자소자 개발

KIST 연구팀 "전극을 실에 말아 제작..골무형 측정 센서로 성능 확인"

(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 섬유 고유 특성을 유지하면서 전기적 특성을 가진 섬유형 전자소자(Fiber electronic device)를 제작하는 기술이 개발됐다. 연구팀은 이 섬유형 전자소자로 만든 전자섬유로 손가락 끝에 끼우는 골무형 신체신호 측정센서를 제작해 심박수를 측정하는 데 성공했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 24일 차세대 반도체연구소 이현정·임정아 박사팀이 탄소나노튜브(CNT) 전극을 잉크젯 프린터로 인쇄한 다음 그 위에 반도체가 코팅된 전극 실을 굴리는 방법으로 CNT 전극구조가 섬유에 말려져 있는 섬유형 전자소자를 제작했다고 밝혔다.

KIST 연구팀은 섬유형 전자소자 제작 기술을 개발하고, 이를 이용해 손가락 끝에 끼워 심박수를 측정할 수 있는 골무형 신체신호 측정장치를 만들었다. [한국과학기술연구원 제공. 재판매 및 DB 금지]

입을 수 있는 소자(웨어러블 디바이스)의 발전과 함께 가볍고 편안한 섬유와 스마트 전자소자를 융합한 전자섬유(E-textile) 기술이 주목받고 있다. 이런 전자섬유를 구현하려면 섬유 고유의 특성을 유지하면서 전기적 특성을 가진 섬유형 전자소자(Fiber electronic device)가 필요하다.

하지만 섬유형 전자소자를 만들려면 반도체와 전극, 절연막 등 여러 층으로 구성된 광전자소자를 수마이크로미터(㎛) 두께의 섬유 위에 구현해야 하는데, 기술적 한계 때문에 성능향상이 어려웠다.

연구팀은 이 연구에서 이현정 박사 연구팀이 2019년 개발한 '하이드로젤 기판을 이용한 탄소나노튜브(CNT) 잉크 인쇄-전사 기술'을 섬유형 전자소자 제작에 적용, 가는 실 위에 CNT 전극을 손상 없이 인쇄할 수 있는 기술을 개발했다.

연구진이 개발한 섬유형 소자 구현을 위한 탄소나노튜브(CNT) 전극 전사 공정(a)과 이 기술을 이용해 원하는 크기의 전극이 실을 감싸서 전사된 사진(b) [한국과학기술연구원 제공. 재판매 및 DB 금지]

탄소나노튜브 잉크를 물을 머금고 있는 고분자인 하이드로젤 기판에 프린트하면 CNT 전극이 물에 떠 있는 것과 같은 상태가 된다. 이 상태에서 반도체가 코팅된 섬유를 하이드로젤 기판 위에 굴리면 CNT 전극이 섬유에 손상 없이 그대로 달라붙어 고성능 섬유형 전자소자가 된다.

이렇게 제작한 섬유형 트랜지스터는 구부림 반경 1.75mm까지 구부려도 성능이 80% 이상 안정적으로 유지되는 것으로 확인됐다.

연구팀은 또 빛을 흡수해 전류를 발생시키는 반도체층이 코팅된 전극 실을 CNT 전극으로 감싸 넓은 가시광선 영역의 빛을 고감도로 감지할 수 있는 섬유형 광다이오드를 제작했다.

CNT 전극 전사를 통한 인체 신호 모니터링용 광전소자 구현 전략 모식도 탄소나노튜브(CNT) 전극을 하이드로젤에 인쇄하고 섬유를 전극 위로 굴려서 전극이 섬유 위에 전사된 모습(왼쪽), 전사 공정으로 만든 광다이오드를 섬유에 삽입해 손끝 광혈류 측정에 응용한 모식도와 실제 심박 측정 특성(오른쪽). [한국과학기술연구원 제공. 재판매 및 Db 금지]

이 섬유형 광다이오드를 발광다이오드(LED) 소자와 함께 천에 삽입해 골무처럼 손가락 끝에 끼우는 측정장치를 제작한 결과, 심장 박동에 따라 손끝에서 흐르는 혈액량이 변할 때 바뀌는 LED 빛의 반사 세기를 섬유형 광다이오드가 감지해 맥박을 측정할 수 있었다고 연구팀은 설명했다.

이현정 박사는 "이 연구는 섬유형 소자 개발에서 과제로 남아있는 전극 형성 기술에 대한 새로운 접근법을 제시했다"며 "섬유형 광전자소자의 성능 향상부터 복잡한 회로를 가진 섬유형 전자소자 개발을 앞당기는데 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.

이 연구 결과는 나노소재 분야 국제학술지 'ACS 나노'(ACS Nano) 최신호에 게재됐다.

KIST 이현정 박사(왼쪽)와 임정아 박사 [한국과학기술연구원 제공. 재판매 및 DB 금지]

scitech@yna.co.kr

☞ 김새롬, '그알' 정인이 편 관련 실언에 "경솔함 반성"

☞ 골프 치던 남성, 공중서 떨어진 나뭇가지 맞아…

☞ "BTS 불러주세요"…통신재벌에 호소하는 멕시코 팬들

☞ 헬멧 쓴 채 CCTV 향해 '팔 하트'…철없는 10대 도둑들

☞ 주식 등 430억 사기 치고 해외 호화생활…징역 15년

☞ 美유명토크쇼 진행자 래리 킹 87세 사망… "코로나로 입원"

☞ 명품 두른 17세 소녀, 푸틴의 숨겨진 딸?

☞ 손상된 백신약병 빼내 가족 먼저 맞힌 의사 결국…

☞ "밀폐용기 패킹만 찢어져도 새 뚜껑 사야"…따로 안파는 이유는?

☞ 편의점서 동물 띠 새긴 30만원대 위스키 동났다

▶연합뉴스 앱 지금 바로 다운받기~

<저작권자(c) 연합뉴스, 무단 전재-재배포 금지>