[ATN뉴스=이기종 기자] 한국과학기술원(KAIST)은 기계공학과 박인규 교수와 한국기계연구원 정준호 박사 공동 연구팀이 섬유 위에 다양한 기능성 나노 구조체를 구현하는 생체적합성 공정을 개발했다고 17일 밝혔다.

웨어러블 디바이스에 대한 관심이 전 세계적으로 증가함에 따라 섬유를 기판으로 하는 스마트 섬유 연구가 활발히 진행되고 있다.

섬유는 우리 주변에서 가장 흔히 볼 수 있는 재료이며 이를 기판으로 사용할 경우 경제적 측면에서 큰 장점이 있다.

또 피부에 직접 부착하는 형식의 웨어러블 디바이스는 피부에 발진 등 문제를 동반하는데 반해 섬유를 기판으로 한 디바이스는 이와 같은 문제를 해결할 수 있다.

하지만 섬유의 거친 표면 특성과 모세관 현상으로 인해 잉크 등과 같이 액체 제형의 재료는 번지게 되어 기존의 공정은 기기 소형화 및 성능 향상에 필수적인 정교한 패턴을 구현할 수 없다는 한계가 있다.

이에 나노 구조체의 경우에는 고유한 광학적인 현상으로 인해 디스플레이 등 다양한 분야로 응용시킬 수 있다는 점에서 미세 패턴의 필요성이 대두되고 있다.

이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 개발한 공정을 통해 다양한 재료의 나노 구조체를 섬유 위에 자유롭게 구현하는 데 성공했다.

연구과정을 보면 물에 잘 젖는 섬유의 특성을 이용해 수용성 고분자이며 생체적합성이 우수한 히알루론산의 나노 패턴을 사용했다.

이어 히알루론산 기판에 나노 패턴의 템플릿을 제작한 후 다양한 기능성 소재의 박막을 진공증착을 통해 형성했다.

이후 섬유에 흡수된 물을 이용해 히알루론산 템플릿을 녹여냄으로써 최소 선폭 50 나노미터인 나노 구조체를 섬유 위에 전사했다.

또 이 방법을 통해 금, 은, 팔라듐, 알루미늄, 이산화규소와 같은 금속과 비금속 소재의 나노 패턴 형성이 모두 가능하며 동시에 다양한 나노 구조체의 조합을 자유롭게 섬유 위에 제작했다.

이 연구결과에 의하면 개발한 공정을 통해 팔라듐 나노 구조체를 전사해 수소 감지 센서를 제작했고 나노 구조체가 없는 센서와 비교해 센서의 감도가 향상됐음을 확인했다.

또 나노 구조체가 갖는 광학적 특성인 국소 표면 플라즈몬 공명 현상으로 인한 나노 구조색을 이용해 같은 금속 및 구조이지만 두께 및 형상 파라미터에 따라 서로 다른 고유한 색을 나타냄으로써 보안패턴에 적용할 수 있음을 입증했다.

박인규 교수는 “스마트 섬유를 구현할 수 있는 간편하면서도 범용성 있는 나노 패터닝 공정을 개발했다”며 “다양한 섬유에 센서, 배터리, 보안패턴, 자가 세정 등의 첨단 기능을 쉽게 구현할 수 있는 데 큰 의의가 있다”고 말했다.

고지우 박사과정이 1 저자로 참여한 연구결과는 나노분야의 권위 있는 국제 학술지인 ‘에이씨에스 나노(ACS Nano, IF: 13.903)’에 2월 25일 게재됐다.

이 연구는 한국연구재단의 중견 연구 과제 (올인원 스마트 스킨을 위한 웨어러블 멀티센서 시스템 핵심기술 연구)와 글로벌 프론티어 사업 (극한물성시스템 제조 플랫폼기술)의 지원을 통해 수행됐다.