탄소나노튜브 코팅으로 안정성 확보...150% 늘려도 끄떡없어
친화성 우수해 신경과학 연구 활용 기대
(서울=내외방송) 웨어러블(착용할 수 있는)과 헬스케어 분야에서 사용되는 전자 섬유에 목적에 따라 변형 가능하도록 신축성을 더하는 기술이 개발됐다.
KAIST(한국과학기술원)는 "스티브 박 신소재공학과 교수와 정재웅 전기및전자공학부 교수, 박성준 바이오및뇌공학과 교수 공동 연구팀이 높은 전도도와 내구성을 띤 액체금속 복합체를 이용해 신축성이 우수한 전자 섬유를 개발했다"고 25일 밝혔다.
기존에 전자 섬유는 고체 금속 전도체 필러(충전제)를 사용하기 때문에 섬유를 늘리려고 하면 전기전도성이 급격하게 감소해 전기적 성질을 잃어버리는 단점이 있었다.
연구팀은 이를 해결하기 위해 형태가 변형될 수 있는 액체 금속 입자 기반의 전도체 필러를 주목했다.
액체 금속 마이크로 입자는 힘이 가해지면 타원형으로 늘어나면서 전기 저항 변화를 최소화할 수 있지만, 크기가 매우 작아 기존 방법으로 코팅하는 것이 불가능했다.
때문에 액체 금속 입자가 높은 밀도로 실에 전달될 수 있도록 블레이드(금속)과 기판(전기회로 판) 사이에 현탁액(알갱이가 용해되지 않은 채 액체 속에 퍼져 있음) 조성을 실시간으로 바꿨다.
화학적 변성을 통해 액체금속 입자를 실과 접착시킬 수 있는 '현탁액 전단(물체 내부에 방향이 반대인 두 힘이 가해져 물체 내부에 어긋남이 생김)' 방법인 것이다.
뿐만 아니라 기계적 안정성이 우수한 탄소나노튜브가 포함된 액체금속 입자를 한번 더 코팅해 안정성을 확보했다.
이렇게 제작된 신축성 전자 섬유는 우수한 초기전도성을 보였으며 길이를 150% 늘려도 전기저항의 변화가 거의 없었다.
안정성이 우수해 여러 번 변형을 줘도 전기적 성질이 유지됐고, 다양한 전자 부품들과 합쳐질 수 있었다.
연구팀은 친화성이 우수한 이 방법을 통해 신경과학 연구에 사용할 수 있는 '섬유형 바이오 전자 섬유'를 구현했다.
위의 코팅 방법을 이용하면 기계적 변형에도 영향을 받지 않는 뇌 활동 전극과 신경 자극 전극 등을 제작해 넓은 범용성과 높은 공정 신뢰성을 갖는다는 것도 보였다.
스티브박 교수는 "옷에 다양한 전자 공학적인 기능을 웨어러블 형태로 구현하는 가능성을 보여줬다"며 "환자 편의성을 높인 웨어러블 헬스케어 소자나 최소침습형(절개 등을 최소화) 임플란터블(삽입) 전자소자 개발에 새로운 방향성을 제시했다"고 말했다.
이건희, 이도훈, 전우진 박사과정이 공동 제1저자로 참여한 이 연구는 한국연구재단 등의 지원을 받아 수행됐으며 국제학술지인 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 최근 온라인 출판됐다(논문명: Conductance stable and mechanically durable bi-layer EGaIn composite-coated strectchable fiber for 1D bioelectronics).
