'신축성, 전도성, 내구성, 통기성' 모두를 갖춘 필름 소재
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'신축성, 전도성, 내구성, 통기성' 모두를 갖춘 필름 소재
  • 김영하 기자
  • 승인 2019.12.07 23:26
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기존의 ‘탄성 고분자 나노 화이버’를 ‘전도성 금속 나노와이어’와 결합하였던 방식과 비교,
우수한 결합력 및 내구성 보유
심박동수를 측정하기 위해 RIKEN에서 개발한 필름 소재를 손가락에 부착한 모습 (사진=RIKEN 홈페이지)
심박동수를 측정하기 위해 RIKEN에서 개발한 필름 소재를 손가락에 부착한 모습 (사진=RIKEN 홈페이지)

(AI타임스=김영하 기자) RIKEN (일본 이화학연구소)에서는 신축성과 전도성이 우수한 통기성 (Breathable) 소재를 발표했다. 공기가 내부를 드나들어, 일명 숨쉬는 소재로 알려진 통기성 소재는 전도성과 신축성을 더함으로써 피부와의 접촉이 필요한 ‘웨어러블 디바이스’ 혹은 ‘로봇의 와이어’ 용도로 사용될 것으로 전망된다.

최고의 웨어러블 디바이스의 소재를 꼽을 때 '신축성 (Stretchable)', ‘전도성 (Conductive), ‘통기성 (Breathable), ‘내구성 (Durable)’, 4가지 요소가 거론되고는 한다. 하지만 4가지 기준을 모두 만족시키는 소재를 찾는 것은 쉽지 않다. 기존에 알려진 최고의 소재를 구축하는 방법은 ‘탄성 고분자 나노화이버 (Elastic Polymer Nanofibers)’를 ‘전도성 금속 나노와이어 (Conductive Metal Nanowires)’와 결합하는 것이지만, 이 두 부품을 서로 단단히 결합시키는 것은 사실상 어려웠었다.

하지만, RIKEN 박막필름 장치 연구소 (RIKEN Thin-Film Device Laboratory) 에서는 '폴리우레탄 나노화이버'와 '은 나노와이어'를 결합하여 신축성 있고 전도성 있는 소재를 개발하였다. 중요한 점은 신축성과 전도성을 갖춘 이 두 가지 구성 요소가 서로 강하게 결합되어 ‘내구성’까지 갖추고 있다는 점이다. 연구에 참여한 겐지로 후쿠다 (Kenjiro Fukuda) 씨에 따르면, "은 나노와이어와 폴리우레탄 나노화이버 사이에 아주 우수한 결합성이 있음을 발굴하였으며, 결합 후에도 우수한 전도성과 신축성을 보여줬다"라고 한다.

이 필름형태의 소재가 가장 먼저 적용될 수 있는 분야는, 사람 피부에 접촉하는 ‘웨어러블 디바이스’ 혹은 ‘로봇’에 적용하여 전도성 소재의 역할을 꼽을 수 있다. 최대 3배까지 들어나는 신축성을 자랑하는 이 소재는 팔꿈치 혹은 무릎에도 부착이 가능하다. 또한 늘어남에 따라 전도성이 변화되기 성질을 가졌기 때문에, 움직임에 감응하는 센서 분야에서의 활용도도 매우 높을 것으로 보인다.

위에서 언급한 신축성과 전도성 외에 다른 장점이 있다. 연구진이 1,000회 정도 스트레칭 테스트를 한 결과, 전도 능력 떨어짐이 크지 않아 내구성도 우수하다는 연구결과가 나왔다. 소재 구성 방법이 쉽고 내구성이 우수하여 대량 양산이 필요한 분야에 매우 적합할 것으로 전망된다.

하지만 아직 도전과제가 남아있다. 이 연구팀은 더 긴 ‘은 나노와이어’로 재료의 신축성을 향상시키고자 하며, 다른 여러 화학물질들을 조합하여 숨쉴 수 있는 통기성 소재를 다양한 헬스케어 혹은 로봇 분야에 적용할 수 있는 소재로 발전시키는 연구를 아직 진행 중이다.

【에이아이타임스 aitimes 에이아이타임즈】


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