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연구소 소개

세탁 가능한 전자섬유, 똑똑해진 웨어러블 제품이 눈 앞에

등록일 : 19-04-24
광전소재연구단 임정아 박사팀
조회수 : 13808

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- 전극을 꼬아 연결한 트랜지스터, 1000회 이상 구부리고 세탁해도 성능 유지

- LED 구동 및 심전도 신호 측정 가능, 향후 차세대 웨어러블 제품에 응용

최근 웨어러블 전자소자가 시대의 패러다임으로 자리 잡으면서 옷과 같은 섬유에 전자소자의 기능이 결합된 전자섬유*에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 섬유는 유연하고 편안하기 때문에 사람이 하루 종일 입고 다녀도 피로감을 덜 느껴 웨어러블 전자소자의 이상적인 플랫폼으로 주목받고 있다.

*전자섬유(electronic textile) : 섬유 자체의 고유의 특성을 유지하면서 전기적인 특성을 가지는 섬유

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 임정아 박사팀은 섬유의 특성을 유지할 수 있도록 실 형태를 가지면서, 세탁해도 성능이 유지되는 옷감에 삽입 가능한 섬유형 트랜지스터**를 개발했다고 밝혔다.

**트랜지스터 : 전류나 전압흐름을 조절하여 증폭, 스위치 역할을 하는 소자로써 전자섬유 구현에 있어 필수적인 부품

현재의 기술수준은 옷감 위에 기존 센서 등의 딱딱한 전자소자 자체를 단순히 붙이거나, 전도성 섬유를 이용하여 소자들 사이를 연결하는 형태에 머물러 있어 섬유의 편안함을 기대할 수 없는 단계였다. 기존에 개발된 실 형태의 트랜지스터는 한 가닥의 전도성 실 위에 평면 구조의 트랜지스터를 증착하여 제작되는데, 이렇게 만들어진 전극은 구동하기 위해 높은 전압이 필요하고, 얻을 수 있는 전류 값이 낮아 LED와 같은 디스플레이 소자를 구동시키는데 한계가 있었다. 또한, 세탁을 위한 보호막을 트랜지스터 위에 형성하거나, 직물에 직조하였을 때 다른 전자 소자들과의 접촉을 통한 전자 회로를 만들기 어려웠다.

KIST 연구진이 개발한 트랜지스터는 전극을 꼬아 연결한 구조를 갖는다. 연구진은 이 구조를 통해 실의 길이와 반도체의 두께를 조절하여 낮은 전압(-1.3V 이하)에서 기존에 개발된 트랜지스터에 비해 1,000배 이상의 전류를 얻을 수 있다.

KIST 임정아 박사팀은 실험을 통해 1,000번 이상 구부리거나, 원통형의 물체 등에 트랜지스터를 감아 약 ７mm 까지 접은 후에도 성능이 80% 이상 유지되는 것을 확인했으며, 세제를 넣은 물에 세탁한 후에도 성능이 유지된다고 밝혔다. 또한 연구진은 트랜지스터를 옷감의 섬유에 삽입하여 LED를 성공적으로 구동시킬 수 있었으며, 심전도 신호를 증폭하여 측정하는데 성공했다.

KIST 임정아 박사는 “이번 연구결과는 그동안 전자섬유의 한계로 지적되었던 낮은 전류, 높은 구동전압, 세탁 내구성 등의 문제를 해결할 수 있는 새로운 소자 구조를 제시한 것으로, 차세대 웨어러블 컴퓨터나 인체신호 모니터링 기능을 가진 스마트 의류 등 한층 똑똑해진 차세대 웨어러블 제품을 개발하는데 있어 이번 연구가 응용 가능할 것으로 기대한다.”고 밝혔다.

본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST의 기관고유사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행되었다. 이번 연구결과는 소재 분야 유명 국제 저널인 ‘Advanced Materials’ (IF: 21.950, JCR 분야 상위 1.020%) 최신호에 온라인 게재되었다.

*(논문명) A New Architecture for Fibrous Organic Transistor based on Double-Stranded Assembly of Electrode Microfibers for Electronic Textile Application

- (제1저자) 한국과학기술연구원 김수진 연구원

- (교신저자) 한국과학기술연구원 임정아 책임연구원

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