July 21,2019

웨어러블 기기용 ‘유연 전극’ 제작

탄소나노튜브를 '전도성 잉크'로 활용…다양한 표면에 부착 가능

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심박 수, 체온 등을 재는 웨어러블 기기나 모니터링 센서를 구현하려면 얇고 유연한 전극이 필요하다. 이런 전극은 굴곡진 표면에도 잘 붙어야 하고 구겨지거나 늘어나도 성능이 떨어지지 않아야 한다.

한국과학기술연구원(KIST)은 최근 스핀융합연구단 이현정 박사팀이 이런 전극을 비교적 쉽게 만드는 기술을 개발했다고 18일 밝혔다. 연구팀이 만든 전극은 다양한 기판에 스티커처럼 붙일 수 있어 활용성이 크다는 평가를 받는다. 연구결과는 지난달 22일 국제학술지 ‘나노 레터스’(Nano Letters)에 실렸다.

연구진은 전극 소재인 ‘나노 잉크’를 제작했다. 나노 잉크는 전도성 물질인 탄소나노튜브를 물에 계면활성제를 넣고 녹인 것이다. 계면활성제는 비누, 샴푸, 세제처럼 물과 기름에 모두 잘 녹는 성질을 가진 소재다.

이어 연구진은 투명하고 물렁물렁한 ‘하이드로젤’ 위에 나노 잉크로 전극을 그려냈다. 하이드로젤 내부에는 작은 구멍이 무수히 많이 나 있어 잉크 구성물 중 물과 계면활성제는 젤 내부로 빠지고 입자가 큰 탄소나노튜브만 표면에 남게 된다.

이렇게 만든 전극은 하이드로젤 표면에서 잘 떨어지는 특성이 있어, 다양한 기판에 손쉽게 옮길 수 있다. 스티커를 붙일 때처럼 전극을 원래 기판에서 뜯어내 다른 곳으로 옮기는 제조 방식을 ‘전사 프린팅’(Transfer-Printing) 공정이라고 한다.

하이드로겔 표면을 울퉁불퉁하게 만든 뒤 전극을 그리면 울퉁불퉁한 기판에 잘 맞는 기판도 만들 수 있다. 전사 프린팅 공정으로는 주로 편평한 기판에 맞는 전극을 제작해 왔는데, 이번 연구에서 이런 한계를 극복할 방법을 찾은 것이다.

연구진이 만든 전극은 구조가 균일하고 순도가 높았다. 제작한 전극을 실험용 장갑에 붙여 손가락의 움직임을 감지하는 센서를 만드는 것도 가능했다. 연구진은 심박 수를 측정하는 센서를 구현해 전극의 성능을 확인하기도 했다.

이현정 박사는 “이번 연구 성과는 디지털 헬스케어, 의공학, 차세대 전자소자 분야 등 다양한 분야에서 활용이 가능할 것으로 기대한다”고 말했다.

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