한국세라믹기술원(KICET·원장 윤종석) 장정호 박사 연구팀이 전남대학교(총장 이근배) 고분자융합소재공학부 박종진 교수 연구팀과 공동연구를 통해 항균성과 자가발전 기능을 동시에 구현할 수 있는 차세대 웨어러블 센서 기술을 개발했다.
정전기를 이용해 전기를 생산하는 마찰전기 나노발전기에 눈에 보이지 않을 정도로 미세한 기공 구조 실리카 복합소재 기술을 적용해 웨어러블 센서 실용성과 성능을 크게 향상시킨 연구 결과로 국제 저명학술지 'Small Methods' 2025년 4월호 표지논문으로 선정됐다.
기존 마찰전기 나노발전기를 활용한 웨어러블 기기는 마찰전기 자체 전류량이 적고 에너지 밀도가 낮아 고효율 발전이 어려웠다. 또 온도, 습도 등 외부 환경에 민감하게 반응해 출력이 불안정하다는 문제점을 갖고 있어 범용 전력원으로 사용하기에 실용성이 현저히 떨어지는 한계가 있었다.
연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 1그램당 10억개 이상 균일한 나노기공을 갖는 메조포러스 실리카 소재 나노기공 표면에 미세자기장을 형성하는 전이금속 이온을 코팅하는 기술을 적용했다.
이를 통해 기존 비다공성 소재와 비교해 마찰전기 포획과 감금 효율을 100배 이상 높일 수 있었다는 게 공동연구팀 설명이다.
이후 해당 기술을 센서 필름 형태로 구현해 손가락, 무릎, 팔꿈치 관절 등에 부착한 결과 관절 굽힘에 따라 발생하는 압력 변화 검출 감도가 기존 대비 7.5배 향상됨을 확인했다.
센서 성능 향상에 그치지 않고 식중독 유발, 아토피 피부염 악화의 주범인 황색포도상구균에 대해 99.9% 수준의 항균 특성까지 입증했다.
공동연구팀은 “이번 기술은 향후 스마트 헬스케어 디바이스, 스마트 의류용 전자섬유, 사물인터넷 기반 무전원 스마트 센서, 스포츠 웨어러블 분야 등 다양한 산업에 적용 가능성이 높다”며 “자가발전과 항균 기능을 동시에 갖춘 센서 플랫폼으로서 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.
진주=노동균 기자 defrost@etnews.com
