DGIST 최대 16배 늘어나는 고탄성·다기능 섬유(슈퍼코일섬유) 개발

DGIST 스마트섬유융합연구실 최창순(오른쪽) 선임연구원과 손원경 연구원. DGIST 제공

대구경북과학기술원(DGIST)는 스마트섬유융합연구실 최창순 선임연구원팀이 최대 16배 늘어나면서 동시에 전기적 특성을 유지하는 고탄성·다기능 섬유(슈퍼코일섬유)를 개발했다고 18일 밝혔다.

섬유를 활용해 실생활에서 활용 가능한 전자제품을 개발하는 1차원(1D) 도체 연구·개발은 웨어러블 디바이스, 생체 센서, 이식 가능 미세 디바이스 등 다양한 소자분야에 폭넓게 사용될 수 있어 최근 연구 관심도가 높은 분야다.

최 선임연구원팀은 DNA구조에서 영감을 받고 이를 모방한 섬유를 만들려 했다. 따라서 탄소나노튜브로 둘러싼 스판덱스 섬유를 꼬아서 슈퍼코일 구조(코일의 코일화)를 구현했다. 개발된 섬유는 길이방향으로 최대 16배까지 늘어나면서도 전기전도도 저하가 발생하지 않는다.

이번에 개발된 새로운 개념의 고신축성 슈퍼코일섬유는 기존의 스판덱스 섬유와 달리 섬유를 꼬아서 만든다. 꼬아 만든 섬유는 마치 전화기선처럼 자신의 원래 길이보다 늘어날 수 있는 특성을 갖추게 된다.

따라서 이번에 개발한 슈퍼코일섬유는 최대 16배까지 늘어 날 수 있어 고신축성이 필요한 신호전송용 케이블 외에도 로봇 팔과 그 외골격 또 고도의 유연성이 요구되는 전자 회로 등 여러 산업 분야에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

또한 슈퍼코일섬유를 활용한 새로운 축전지 개발의 가능성도 보여줬다. 최창순 선임연구원팀은 슈퍼코일섬유를 활용해 높은 정전 용량값을 가지면서 에너지 저장 용량을 11배까지 늘릴 수 있는 고탄성의 웨어러블 슈퍼캐패시터를 구현하는 실험에 성공해 향후 착용 가능한 고성능 배터리 상용화에도 한 발짝 더 다가섰다.

최 선임연구원은 "이번 연구를 통해 섬유전극의 초고신축성을 확보하고, 기존 기술의 한계였던 전기적 특성 저하를 최소화했다"며 "이번에 개발한 슈퍼코일섬유에 다른 기능을 부여할 수 있는 연구를 더 진행해 머지않아 웨어러블 디바이스 분야에서 슈퍼코일섬유가 효과적이고 범용적인 기재로 거듭날 수 있도록 노력하겠다"고 말했다.

이번 연구결과는 세계 최고 권위의 학술지인 네이처의 자매지 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 지난달 25일 자 온라인판에 게재됐다. 또 에너지소재(Energy Materials)분야에서 주요논문(Featured Article)으로 선정됐다.