KIST 전자섬유 연구성과
LED 구동 및 심전도 신호측정 가능
향후 차세대 웨어러블 제품에 응용
[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 최근 웨어러블 전자소자가 시대의 패러다임으로 자리 잡으면서 옷과 같은 섬유에 전자소자의 기능이 결합된 전자섬유(electronic textile)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
한국과학기술연구원(KIST·원장 이병권) 임정아 박사팀은 섬유의 특성을 유지할 수 있도록 실 형태를 가지면서 세탁해도 성능이 유지되는 옷감에 삽입 가능한 섬유형 트랜지스터를 개발했다고 23일 밝혔다.
트랜지스터는 전류나 전압흐름을 조절해 증폭, 스위치 역할을 하는 소자로서 전자섬유 구현에 있어 필수적인 부품이다.
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KIST 광전소재연구단 임정아 박사팀에서 개발한 섬유형 웨어러블 전자소자를 이용해 RGB컬러의 LED를 구동하는 실험을 하고 있다. 2019.04.23. [사진=KIST] |
연구진에 따르면 현재의 기술수준은 옷감 위에 기존 센서 등의 딱딱한 전자소자 자체를 단순히 붙이거나 전도성 섬유를 이용해 소자들 사이를 연결하는 형태에 머물러 있어 섬유의 편안함을 기대할 수 없는 단계였다.
다시 말해 기존에 개발된 실 형태의 트랜지스터는 한 가닥의 전도성 실 위에 평면 구조의 트랜지스터를 증착해 제작됐다. 이런 방식의 전극은 구동하기 위해 높은 전압이 필요하고 얻을 수 있는 전류 값이 낮아 발광다이오드(LED)와 같은 디스플레이 소자를 구동시키는 데 한계가 있다.
또한 세탁을 위한 보호막을 트랜지스터 위에 형성하거나 직물에 직조했을 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 조절해 낮은 전압(-1.3V 이하)에서 기존에 개발된 트랜지스터에 비해 1000배 이상의 전류를 얻을 수 있다.
연구진은 실험을 통해 1000번 이상 구부리거나 원통형의 물체 등에 트랜지스터를 감아 약 7mm 까지 접은 후에도 성능이 80% 이상 유지되는 것을 확인, 세제를 넣은 물에 세탁한 후에도 성능이 유지된다고 밝혔다.
또한 연구진은 트랜지스터를 옷감의 섬유에 삽입하여 LED를 성공적으로 구동시킬 수 있었다. 심전도 신호를 증폭해 측정하는 데도 성공했다.
임정아 박사는 “그 동안 전자섬유의 한계로 지적됐던 낮은 전류, 높은 구동전압, 세탁 내구성 등의 문제를 해결할 수 있는 새로운 소자 구조를 제시했다”며 “차세대 웨어러블 컴퓨터나 인체신호 모니터링 기능을 가진 스마트 의류 등 한층 똑똑해진 차세대 웨어러블 제품을 개발하는 데 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.
연구결과(논문명 ‘A New Architecture for Fibrous Organic Transistor based on Double-Stranded Assembly of Electrode Microfibers for Electronic Textile Application’)는 소재 분야 유명 국제 저널인 ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)’ 온라인판 최신호에 게재됐다.
kimys@newspim.com