[뉴스웍스=문병도 기자] 웨어러블 디바이스의 발전과 더불어 가볍고 편안한 섬유와 스마트 전자소자를 융합한 전자섬유 기술이 차세대 신기술로 주목받고 있다. 

이현정·임정아 한국과학기술연구원(KIST) 차세대반도체연구소 박사 연구팀이 원하는 전극을 잉크젯 프린터로 프린팅하여 제작하고 그 위에 반도체가 코팅된 전극 실을 굴려주기만 하면 원하는 전극 구조가 돌돌 말려져있는 트랜지스터, 광다이오드와 같은 섬유형 전자소자를 제작할 수 있는 기술을 개발했다.

이현정 박사 연구팀은 2019년 탄소나노튜브(CNT) 잉크를 물을 머금고 있는 고분자인 하이드로젤 기판에 프린트한 후 전사하여 원하는 표면에 전극을 구성할 수 있는 기술을 개발한 바 있다.

하이드로젤 위에 프린팅된 CNT 전극은 마치 물에 떠 있는 것과 같아 그 위에 섬유를 굴리면 전극구조의 손상 없이 쉽게 섬유의 표면으로 옮겨질 수 있을 것이라 예상하고 임정아 박사 연구팀과 함께 연구한 결과 실제 반도체층과 CNT 전극의 손상 없이 고성능 섬유형 소자를 제작해냈다. 

개발한 CNT 전극이 감싸진 섬유형 트랜지스터는 1.75㎜ 구부림 반경까지 크게 구부려도 80% 이상의 성능이 안정적으로 유지됐다. 

CNT 전극의 반투명한 특성을 활용, 빛을 흡수하여 전류를 발생시킬 수 있는 반도체층이 코팅된 전극 실을 CNT 전극으로 감싸 빛을 감지할 수 있는 섬유형 광다이오드를 제작하는데 성공했다.

제작된 섬유형 광다이오드는 넓은 가시광선 영역의 빛을 감지할 수 있으며 평면형 소자에 뒤떨어지지 않는 우수한 감도를 보였다. 

연구팀이 개발한 섬유형 광다이오드를 LED 소자와 함께 천에 삽입하여 장갑처럼 끼면, 손끝에서 흐르는 혈액양의 변화에 따라 바뀌는 LED 빛의 반사 세기를 섬유형 광다이오드가 감지하여 사용자의 맥박을 측정할 수 있었다.

임정아 박사는 “개발한 손가락장갑형 심박수 측정기는 집게형 심박수 측정기를 대체하여 편안하고 부드러운 느낌으로 측정자에게 쉽게 다가갈 수 있으며, 언제나 어디서나 실시간으로 심박수를 측정할 수 있는 장점이 있다”고 말했다. 

이현정 박사는 “섬유형 광전자소자의 성능 향상에서부터 복잡한 회로를 가지는 섬유형 전자소자의 개발을 앞당길 수 있을 것이라 기대한다”라고 말했다. 

과학기술정보통신부 지원 아래 KIST 주요사업 및 한국연구재단 중견후속연구 및 나노소재원천기술개발사업으로 수행된 이번 연구결과는 나노소재 분야의 국제학술지 ‘ACS 나노’ 최신 호에 게재됐다.