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NEW 신소재 김장환 교수, 압력·빛 등 감지하는 반도체 섬유 다기능 센서 개발
- 2025-01-10
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우리 학교 첨단신소재공학과 김장환 교수가 참여한 공동 연구팀이 사람의 오감처럼 압력과 냄새, 빛과 맛을 감지하는 반도체 섬유 기반의 다기능 센서를 개발했다. 웨어러블 기기용 전자소자나 소프트 로봇 같은 첨단 기술 분야에 활용될 수 있을 전망이다.
김장환 교수(첨단신소재공학과, 사진)와 DGIST 김봉훈 교수(로봇및기계전자공학과)·KAIST 김상욱 교수(신소재공학과)·숭실대 김지웅 교수(신소재공학과)는 공동연구를 통해 사람의 오감을 흉내 내는 반도체 섬유 기반 다기능 센서를 개발했다고 밝혔다.
해당 연구는 ‘다기능 웨어러블 센서용 2D MoS2 나선형 액정 섬유(2D MoS2 Helical Liquid Crystalline Fibers for Multifunctional Wearable Sensors)’라는 제목으로 섬유 및 신소재 분야 글로벌 저널인 <어드밴스트 파이버 머터리얼즈(Advanced Fiber Materials)> 12월 표지논문으로 실렸다. 우리 학교 김장환 교수는 제1저자로 참여했다.
섬유 기반의 소재 시스템은 기계적 변형성이 높고 통기성과 내구성이 좋아 차세대 웨어러블 기기의 핵심 요소로 주목받고 있다. 최근에는 특히 원자 수준의 2D 소재를 도입, 기능성 섬유 시스템의 기계적 안정성이 크게 높아졌다.
공동 연구팀이 개발한 반도체 섬유 센서는 사람의 오감처럼 여러 신호를 한 번에 감지하고 처리할 수 있다. 기존의 1차원 섬유 센서보다 더 정교하고 다양한 기능을 갖추고 있으며, 특히 섬유 안의 독특한 구조 덕분에 외부 환경 변화에 민감하게 반응한다. 이에 빛, 화학물질, 압력뿐 아니라 pH(산성도), 암모니아(NH3) 가스, 기계적 변형 등 다양한 환경 정보를 동시에 측정하고 모니터링할 수 있다.
연구팀은 이황화몰리브덴(MoS₂)을 활용한 특수한 제작 공정을 통해 3차원 형태를 자유롭게 조절할 수 있는 섬유를 개발해냈다. 섬유를 리본 모양으로 뽑아내는 과정에서 자연스럽게 형성된 3차원 나선형 구조는 섬유의 곡선을 정밀하게 조정할 수 있게 해준다. 이렇게 제작된 섬유는 이황화몰리브덴이 가진 우수한 전기적·기계적 특성과 섬유 안의 정렬된 구조 덕분에 높은 성능을 구현할 수 있다.
개발된 센서는 웨어러블 사물인터넷(IoT) 장치나 소프트 로보틱스와 같은 다양한 응용 분야에서 활용될 전망이다. 신체의 움직임이나 땀의 수소 이온 농도 변화 등을 실시간으로 측정, 건강 모니터링에 활용할 수 있고 유해가스나 구조물의 변형 상태 등도 실시간으로 분석이 가능하다.
공동 연구팀의 연구 성과가 소개된 <어드밴스트 파이버 머터리얼즈(Advanced Fiber Materials)> 12월호 표지
3차원 액정성 섬유 제조를 위한 습식방사 공정의 모식도