KAIST(총장 신성철)는 박인규 기계공학과 교수와 정준호 한국기계연구원 박사 공동 연구팀이 섬유 위에 다양한 기능성 나노 구조체를 구현하는 생체적합성 공정을 개발했다고 17일 밝혔다.

최근 웨어러블 디바이스에 관심이 커지며 섬유기판의 연구가 활발히 진행되고 있다. 섬유에 초미세 패턴 구현을 위해 다양한 방법이 시도되지만 섬유의 거친 표면 특성으로 기기 소형화와 성능 향상에 필수적인 정교한 패턴을 구현할 수 없다는 한계가 있었다.

이에 연구진은 물에 잘 젖는 섬유의 특성을 이용, 수용성 고분자에 생체적합성이 우수한 히알루론산의 나노 패턴을 사용했다.
 
연구팀은 히알루론산 기판에 나노 패턴의 템플릿을 제작 후 다양한 기능성 소재의 박막을 진공증착을 통해 형성했다. 그 후 섬유에 흡수된 물을 이용해 히알루론산 템플릿을 녹여냄으로써 최소 선폭 50nm인 나노 구조체를 섬유 위에 전사했다.

금속과 비금속 소재의 나노 패턴 형성이 모두 가능하며 동시에 다양한 나노 구조체 조합을 자유롭게 섬유 위에 제작할 수 있다.

이를 통해 연구팀은 팔라듐 나노 구조체를 전사, 수소 감지 센서를 제작했으며 나노 구조체가 없는 센서와 비교해 센서의 감도가 향상됐음을 확인했다. 나노 구조체가 갖는 국소 표면 플라즈몬 공명 현상으로 인한 나노 구조색을 이용해 같은 금속·구조지만 두께·형상 파라미터에 따라 서로 다른 고유색을 나타냄으로써 보안패턴에 적용할 수 있음을 입증했다.

연구팀은 전기적·광학적 특성을 이용해 나노 구조색을 이용한 보안패턴, 광촉매를 이용한 자가 세정 기능 등을 섬유에 부여하며 스마트 섬유로 활용 가능할 것으로 전망했다.

박인규 교수는 "스마트 섬유를 구현할 수 있는 간편하면서도 범용성 있는 나노 패터닝 공정을 개발했다"며 "다양한 섬유에 센서·배터리·보안패턴·자가 세정 등의 첨단 기능을 쉽게 구현할 수 있는 데 큰 의의가 있다"고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단의 중견 연구과제(올인원 스마트 스킨을 위한 웨어러블 멀티센서 시스템 핵심기술 연구)와 글로벌 프론티어 사업(극한물성시스템 제조 플랫폼기술) 지원을 통해 수행됐다.

고지우 박사과정 학생이 1 저자로 참여한 이번 연구성과는 나노분야 국제 학술지인 '에이씨에스 나노(ACS Nano)'에 지난달 25일 게재됐다.