스마트 섬유 쉽게 만든다...KAIST·기계연, 섬유 위 나노구조체 구현

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국내 공동 연구진이 다양한 기능성 스마트 섬유를 손쉽게 만들 수 있는 기술을 개발했다.

한국과학기술원(KAIST·총장 신성철)은 박인규 기계공학과 교수와 정준호 한국기계연구원 박사 공동 연구팀이 섬유 위에 다양한 기능성 나노 구조체를 구현하는 생체적합성 공정을 개발했다고 17일 밝혔다. 다양한 재료의 나노 구조체를 섬유 위에 자유롭게 구현하는 것에도 성공했다.

히알루론산, 폴리머나노템플릿를 이용한 섬유 위 나노구조체 전사 개념도
<히알루론산, 폴리머나노템플릿를 이용한 섬유 위 나노구조체 전사 개념도>

섬유에 초미세 패턴을 구현하기 위해 다양한 방법이 시도되고 있지만, 섬유는 표면이 거칠어 기존 공정으로는 정교한 패턴을 구현하기 어려웠다. 기기 소형화나 성능 향상도 쉽지 않았다.

연구팀은 물에 잘 젖는 섬유 특성을 이용, 수용성 고분자이면서 생체적합성이 우수한 히알루론산 나노 패턴을 사용해 문제를 해결했다.

히알루론산 기판에 나노 패턴 템플릿을 제작한 후 다양한 기능성 소재 박막을 진공증착했다. 그 후 섬유에 흡수된 물로 템플릿을 녹여 최소 선폭 50나노미터(㎚) 구조체를 섬유 위에 전사했다.

이 방법으로 금·은·팔라듐·알루미늄·이산화규소와 같은 소재의 나노 패턴을 형성할 수 있다.또 다양한 나노 구조체 조합을 자유롭게 섬유 위에 제작할 수 있다.

기술 개발 연구진. 사진 왼쪽부터 박인규 교수, 정준호 박사, 고지우 박사과정
<기술 개발 연구진. 사진 왼쪽부터 박인규 교수, 정준호 박사, 고지우 박사과정>

연구팀은 개발 공정을 통해 팔라듐 나노 구조체를 전사해 수소 감지 센서를 제작했다. 이는 나노 구조체가 없는 센서와 비교해 센서 감도가 향상됐다. 나노 구조체가 갖는 광학적 특성인 '국소 표면 플라즈몬 공명 현상' 탓에 두께나 형상에 따라 서로 다른 고유색을 나타냈다. 보안패턴에도 적용할 수 있다.

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

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com