KAIST 신소재공학과 스티브 박, 전기및전자공학부 정재웅, 바이오및뇌공학과 박성준 교수 공동 연구팀이 높은 전도도와 내구성을 가지는 액체금속 복합체를 이용해 신축성이 우수한 전자 섬유를 개발했다고 25일 밝혔다.

전자 섬유는 최근 각광받고 있는 사용자 친화 웨어러블 소자, 헬스케어 소자, 최소 침습형 임플란터블 전자소자에 핵심 요소로 여겨져 활발하게 연구가 진행되고 있다.

하지만 기존의 고체 금속 전도체 필러를 사용하는 경우 인장(늘어남)이 가해질 때 전기전도성이 급격하게 감소해 전기적 성질이 망가진다는 단점이 존재해 연구팀은 이러한 문제점을 해결하고자 형상이 고정된 것이 아닌 기계적 변형에 맞춰 형태가 변형될 수 있는 액체금속 입자 기반의 전도체 필러를 제시했다.

액체금속 마이크로 입자는 인장이 가해질 경우에 그 형태가 타원형으로 늘어나면서 전기 저항 변화를 최소화할 수 있다. 하지만 그 크기가 수 마이크로미터이기 때문에 기존에 이용된 딥-코팅(dip-coating)과 같은 단순한 방법으로 실에 코팅하는 것이 불가능하다.

연구진은 새로운 방법인 현탁액 전단 방법을 이용해 이를 해결했다. 현탁액 전단 과정에서는 용질인 액체금속 입자가 높은 밀도로 실 위에 전달될 수 있었고 블레이드와 기판 사이에서 유도된 반월판에서 촉진된 증발로 현탁액의 조성을 실시간으로 바꾸면서 화학적 변성을 통해 연구팀은 액체금속 입자를 실과 접착시킬 수 있었다.

기계적 안정성도 우수해 반복되는 변형 실험에도 전기적 성질을 유지할 수 있었고 다양한 전자 부품들과 쉽게 통합될 수 있다. 연구팀은 이를 이용해 실제 상용화된 옷에 다양한 전자회로를 구현했다.

나아가서 연구진은 액체금속 복합체를 코팅하는 방법이 다양한 실에 호환 가능하고, 재료의 생친화성이 우수하기 때문에 이를 이용해 신경과학 연구에 사용할 수 있는 섬유형 바이오 전자 섬유를 구현했다.

연구팀은 제안된 코팅 방법을 이용해 기계적 변형에 영향을 받지 않는 뇌 활동 전극, 신경 자극 전극, 다기능성 옵토지네틱 프로브를 제작해 넓은 범용성과 높은 공정 신뢰성을 갖는다는 것을 보였다.

한편 KAIST 이건희 박사, 이도훈 박사과정, 전우진 박사과정 학생이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 네이쳐 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 온라인 판에 7월 13일자 출판됐다.

[전국매일신문] 대전/ 정은모기자
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