여러 기계적 변형에도 전기 단락 일절 없어....다양한 기능 수행 입증

이중나선-주름 구조 기반의 일체형 섬유 시스템

한양대학교(총장 이기정) 바이오메디컬공학부 최창순 교수 연구팀이 이중나선-주름 구조를 기반으로 하여 두 개의 전극이 일체화된 새로운 구조 기반의 다기능성 섬유 소자를 개발했다고, 한양대가 2일 밝혔다.

웨어러블 시스템의 빌딩 블록으로 사용되는 섬유형 소자는 일반적으로 두 개 전극이 필요한데, 이들 전극을 어떻게 구성하느냐에 따라 전체 섬유 소자의 성능이 크게 좌우된다. 기존에 알려진 전극 구조 (평행구조, 동축구조, 꼬임구조) 는 공간 효율성 및 내구성이 떨어질 뿐만 아니라, 섬유에 외부 충격이 전달되었을 때 두 개의 전극 간 물리적 접촉이 발생하기 쉬워 전기적 단락이 발생하는 등의 문제점이 있다.

이를 해결하기 위해 최창순 교수 연구팀은 두 가닥의 주름진 탄소나노튜브 리본을 하나의 탄성 고무 섬유 표면에 이중나선 형태로 감싸는 새로운 구조를 채택함으로써, 굽힘·신축 등 다양한 기계적 변형에도 전기 단락이 일절 없는 다기능성 섬유 소자를 성공적으로 개발했다.

DNA의 이중나선 구조에서 착안한 나선 구조는 두 가닥의 전극이 서로 만나지 않는 구조를 만드는 데 기여했고, 주름 구조는 외부 인가된 다양한 기계적 변형을 흡수하는 구조로 사용됐다. 연구팀이 새롭게 고안한 나선-주름 구조 기반의 전극 구조는 ▲외부 변형을 수치화하여 측정하는 센서 ▲에너지를 저장하는 슈퍼커패시터 ▲기계적 움직임을 수행하는 액츄에이터 등 다양한 기능을 성공적으로 수행할 수 있음을 보였다.

최창순 교수는 “이번 연구는 기존의 섬유 시스템 구성에서 벗어나 전극이 일체화된 다변형 및 다기능 섬유를 구현한 것에 의미가 있다”며, “해당 섬유는 직조에 의한 옷감 형태 제작이 가능하여 향후 다양한 웨어러블 전원장치나 직물 소자로도 확장되어 응용될 수 있을 것”이라고 기대감을 나타냈다.

한편, 이번 연구 결과인 논문 「Double-Helical Carbon Nanotube-Wrapped Elastomeric Mandrel for Electrical Shortage-Free, One-Body Multifunctional Fiber Systems」는 재료과학분야 국제학술지 「Advanced Functional Materials」에 지난 3월 10일 게재됐다.

최창순 교수