[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.

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