옷으로 유해가스 감지…섬유형 웨어러블 센서 개발

국내 연구진이 옷으로 유해가스를 감지할 수 있도록 해주는 섬유형 웨어러블 센서를 개발했다. 간단한 공정을 통해 대량생산이 가능해 차세대 기능성 웨어러블 기기에 널리 활용될 것으로 기대된다.
한국과학기술연구원(KIST) 기능성복합소재연구센터의 정현수 선임연구원, 정희태 KAIST 생명화학공학 교수 등 공동 연구진은 멍게 껍질과 탄소나노튜브 복합섬유를 이용해 연속으로 대량생산이 가능한 섬유형 이산화질소(NO2) 웨어러블 센서를 개발했다고 3일 밝혔다.
연구진은 이 섬유형 센서와 일반 실을 함께 직조해 만든 직물로 유해가스인 이산화질소를 감지하는 데도 성공했다. 연구 결과는 국제학술지 '미국화학회(ACS) 나노'에 게재됐다. KIST는 최근 센서 제조 기술에 대한 특허 출원을 완료했다.
기존의 섬유 기반 센서 소재들은 대부분 일반 섬유에 전도성 소재와 센서 소재를 혼합, 코팅하는 방식으로 제작됐다. 저항이 높아 높은 전압이 필요한 데다 섬유에 코팅되는 소재의 결합력이 약해 내구성이 떨어졌다. 이에 대한 대안으로 섬유 자체가 전도성을 갖는 그래핀 산화물 섬유가 등장했지만 후처리 공정이 필수적이어서 이 과정에서 유연성이 저하되고 비용이 많이 들었다.

연구진은 버려지는 멍게 껍질에서 추출한 나노셀룰로오스와 탄소나노튜브를 결합한 복합섬유를 이용해 이산화질소 센서를 개발했다. 후처리 공정이나 촉매가 따로 필요 없어 경제적이고 기계적 강도와 유연성을 동시에 보유하고 있어 일반 섬유와 직조가 가능하다는 게 연구진의 설명이다.
특히 이미 산업화 돼 있는 일반 습식방사법으로 복합섬유를 연속적으로 대량 생산할 수 있어 향후 값싼 웨어러블 유해가스 센서를 상용화하는 데 유리하다는 평가다. 연구에 쓰인 소재 가격만으로 연구진이 제조비용을 산출한 결과에 따르면, 섬유 1㎖당 비용은 약 10원 미만인 것으로 나타났다.
정 연구원은 "이번 연구는 웨어러블 센싱 소재로서 갖춰야 할 기본 물성들을 재료의 복합화를 통해 효율적으로 한 번에 제조할 수 있는 있다는 점에서 매우 유의미한 성과"라며 "향후 이산화질소 외에 다른 유해가스로 검출용 웨어러블 소재 개발 범위를 확대할 계획"이라고 밝혔다.
[송경은 기자]