차세대 유연전극 재료로 각광받고 있는 탄소나노튜브(CNT)와 금속나노소재(은나노와이어)를 분산제 없이 복합화해 고전도성 섬유를 제조할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 이 기술은 의복과 일체화된 진정한 형태의 ‘의류형 웨어러블 디바이스’의 조기 구현에 크게 기여할 것으로 예상된다.
미래창조과학부 국가과학기술연구회 산하 정부출연연구기관인 한국전기연구원 이건웅·한중탁 박사팀은 최근 의류 형태의 웨어러블 디바이스에 필수적인 ‘유연 고전도성 섬유’를 제조할 수 있는 고전도성 페이스트(섬유방사도프) 제조 기술 및 탄소나노튜브와 은나노와이어의 재배열을 통해 전기전도도를 획기적으로 향상시킬 수 있는 기술을 개발하는 데 성공했다고 밝혔다.
현재 웨어러블 디바이스(Wearable Device)라고 하면 악세서리 형태의 스마트 워치나 구글글라스와 같은 악세서리형 기기들이 주로 떠오른다. 그러나 전문가들은 향후 진정한 의미의 웨어러블 기기는 악세서리 형태가 아닌 우리가 항상 입고 있는 옷과 일체화된 형태의 의류형 웨어러블 디바이스가 될 것으로 전망하고 있다. 소형화가 가능하면서, 변형에 자유로운 직물의 특성 때문이다.
이러한 의류형 웨어러블 스마트 디바이스를 구현하기 위해서는 필수적으로 전극 역할을 수행하는 섬유 형태의 전도성 섬유가 필요하다. 전도성 섬유를 웨어러블 디바이스에 사용하기 위해서는 기계적 물성, 환경 신뢰성 및 세탁성, 신체 적합성 등 다양한 요구조건을 만족시켜야 한다.
그러나 현재 일부 선보이고 있는 금속 섬유의 경우 전기전도도는 우수하지만 섬유 고유의 기계적 특성 구현이 어렵고, 신체적합성에 문제가 발생할 수 있다. 금속 코팅섬유나 전도성 고분자 코팅섬유의 경우는 전기전도도가 낮아 대전 방지 등의 제한적 용도로만 사용된다.
한국전기연구원(KERI) 연구팀이 대안으로 개발한 방법은 고분자와 탄소나노튜브(CNT)가 혼합된 페이스트에 분산제 없이 은나노와이어를 혼합해 섬유로 만들 수 있는 페이스트를 제조하는 것이다. 이후 기존 용액방사 공정을 통해 전기가 잘 흐르는 고전도성 섬유를 제조하는 방법이다.
연구팀은 용액방사 공정 중 섬유를 굳게 하는 단계에서 은나노와이어를 섬유 표면으로 유도함으로써, 고분자로 인한 섬유로서의 특성은 유지하면서 매우 우수한 전기전도도를 나타날 수 있게 했다. 특히, 국내 생산기반이 매우 잘 갖춰져 있는 용액방사 공정을 그대로 활용할 수 있어 대량제조가 쉽다는 장점이 있다.
김연주 기자 (eltred@hellot.net)
