‘옷을 입으면 유해가스 감지 가능’ 기대

KIST, 유해가스 감지하는 웨어러블 센서 만든다
멍게껍질과 탄소나노튜브로 만든 복합섬유 개발
박순주 기자 | eco@ecomedia.co.kr | 입력 2019-09-03 13:12:08
  • 글자크기
  • -
  • +
  • 인쇄

▲ KIST-KAIST 공동연구진이 개발한 복합섬유를 일반 섬유에 직조하, 질소산화물 감지 테스트를

하고 있다. <사진=KIST> 

[환경미디어=박순주 기자] 유해가스를 감지하는 센싱 기능을 보유한 복합섬유가 개발됐다. 때문에 대량생산 및 일반섬유에 직조가 가능해져, 차세대 웨어러블 센서 활용이 기대된다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 기능성복합소재연구센터 정현수‧이승기 박사 연구팀은 3일 한국과학기술원(KAIST, 총장 신성철) 정희태 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 후처리 공정이 전혀 필요 없고, 연속으로 대량생산이 가능한 섬유형 이산화질소(NO2) 센서를 개발했다고 밝혔다.

▲ KIST-KAIST 공동연구진이 개발한 복합섬유를 일반 섬유에

직조한 모습 <사진=KIST> 

최근 웨어러블(wearable) 기기가 일상에 널리 보급된 가운데, 관련 분야의 연구 또한 매우 활발하다. 그중에서도 착용을 통해 상태와 환경을 실시간으로 손쉽게 감지할 수 있는 ‘웨어러블 센서’가 주목을 받고 있다.

웨어러블 센서는 여러 소재와 결합해 그 모양과 기능을 달리할 수 있는데, 섬유 형태는 유연하며, 일반 섬유에 직조를 할 수 있어 가장 이상적인 플랫폼으로 주목받고 있다.

기존 섬유 기반 센서 소재들은 대부분 일반 섬유에 전도성 소재와 센서 소재를 혼합해 코팅하는 방식으로 제작되는데, 저항이 높아 높은 전압이 필요하고 무엇보다 섬유와 코팅되는 소재들의 결합력이 떨어져 내구성에 문제가 많았다.

이를 해결하기 위해 섬유 자체가 전도성을 가지는 ‘그래핀산화물’ 섬유가 등장했다. ‘그래팬산화물’은 흑연의 산화를 이용한 화학적 박리를 통해 얻은 탄소원자로만 이뤄진 2차원 평면을 가지는 그래핀의 산화물 형태다.

그러나 그래핀 섬유는 후처리 공정이 필수적이며, 유연성이 많이 저하되고, 공정 및 소재 비용이 많이 소요되어 경제적이지 못하다는 단점이 지적돼 왔다.

KIST 연구진은 버려지는 멍게껍질로부터 나노셀룰로오스를 추출, 탄소나노튜브와 결합한 복합섬유를 제조해 후처리 및 촉매가 필요 없는 이산화질소 센서 소재를 개발했다.

또한 개발한 복합섬유는 기계적 강도와 유연성을 동시에 보유하고 있어 일반 섬유와 직조가 가능하다.

실제로 연구팀은 복합섬유를 삽입한 직물을 만들어 유해가스인 이산화질소를 감지하는 데 성공했다.

특히 이미 산업화되어 있는 일반 습식방사법으로 복합섬유를 연속 생산할 수 있어, 향후 값싼 웨어러블 가스 센서를 상용화하는 데 있어 매우 유리할 것으로 보인다.

연구에 쓰인 소재 가격만으로 연구진이 제조비용을 산출한 결과 섬유 1m당 약 0.01$ (약 10원) 미만의 비용이 드는 것으로 확인됐다.

이 방법으로 제조된 복합섬유는 전도성, 다공성 그리고 이산화질소 가스에 대한 높은 선택성과 감도(ppb 레벨)를 제조단계에서부터 원스텝(one-step)으로 보유하고 있다.

▲ 복합섬유를 일반 섬유에 직조한 모습 <사진=KIST>
정현수 KIST 박사는 “웨어러블 센싱 소재로서 갖춰야 할 기본 물성들을 재료의 복합화를 통해 효율적으로 한 번에 제조할 수 있는 있다는 점에서 매우 중요하다”라고 강조하고 “향후 이산화질소 외에 다른 유해가스 검출용 웨어러블 소재를 경제성 있게 개발하는 데 매진하겠다”고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 오픈리서치프로그램과 한국연구재단 나노소재기술개발사업을 통해 수행됐다.

연구결과는 소재 분야 유명 국제저널인 ‘ACS Nano’(IF: 13.71, JCR 분야 상위: 4.04%) 최신호에 게재됐으며, KIST는 제조기술에 대한 국내 특허를 출원 완료(2018-0141635) 했다.

한편, 사물인터넷(IoT) 시대의 도래로 인해 생활 속 사물들을 네트워크로 연결해 정보를 공유하는 초연결 환경이 갖춰지고 있으며, 센서기술은 이를 위한 핵심 기술로 자리 잡고 있다.

이 중 인간의 후각에 해당하는 가스 센서의 경우, 인간의 신체와 결합되어 발생하는 신호를 모니터링하는 헬스케어 분야뿐만 아니라 질소산화물 및 일산화탄소 등 환경오염 유해물질을 검출하는 안전 진단 분야, 독성 물질을 검출하는 국방 분야까지 다양한 분야에 적용되고 있다.

*용어설명
-나노셀룰로오스(nanocellulose): 녹색 식물, 다양한 형태의 조류‧난균류의 세포벽을 구성하는 요소로써 지구상에 가장 풍부한 유기 화합물인 셀룰로오스를 나노(10억분의 1) 수준으로 분해한 물질
-탄소나노튜브(carbon nanotube): 탄소원자로만 이루어진 원통형의 나노 구조체

[저작권자ⓒ 환경미디어. 무단전재-재배포 금지]

  • 카카오톡 보내기
  • 카카오스토리 보내기
  • 글자크기
  • +
  • -
  • 인쇄
  • 내용복사

헤드라인

섹션별 최신기사

많이 본 기사

오늘의 핫 이슈

ECO 뉴스

more

환경신문고

more

HOT포토