한국과학기술원(KAIST·총장 신성철)은 홍승범 신소재공학과 교수팀이 '핫프레싱' 기술을 이용해 가격 경쟁력과 내구성이 높은 패브릭(천) 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터 제조 기술을 개발했다고 9일 밝혔다.
핫프레싱은 온도와 압력을 가해 두 물체를 단단히 점착시키는 공법이다. 에너지 하베스터는 버려지는 에너지를 수집해 전기로 바꾸는 요소다.
기존 패브릭 기반 웨어러블 소자는 복잡한 제조 방법과 가격 측면의 한계로 아직 실용화 단계에 이르지 못하고 있다. 또 소자의 내구성에도 의문을 갖게 한다.
이번 연구에서는 복잡한 공정 및 설비 시설 대신 비교적 간단한 방법인 핫프레싱을 이용해 전도성 폴리에스터 패브릭과 압전 고분자 필름이 결합된 패브릭 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터 제조 방법을 개발했다. 또 기존의 내구성 테스트 방법인 굽힘 테스트와 더불어 새롭게 도입한 '표면 및 계면 절단 분석시스템(SAICAS)'을 이용, 패브릭과 고분자 필름 사이 계면 결착력을 측정함으로써 높은 내구성을 입증했다.
핫프레싱을 이용하면 고분자 필름 표면이 비정질화되면서 접촉면이 넓은 패브릭 표면에 접착되고, 날실과 씨실 사이로 새어 나와 못과 같은 형태를 이룬다. 높은 계면 결합력을 가질 수 있게 된다.
SAICAS를 이용한 계면 결착력 분석은 마이크로 스케일에서 칼날을 이용해 힘을 측정하는 방법으로, 기존 계면 결착력 측정 방법보다 훨씬 정확하다.
홍승범 교수는 “이번 연구에서 개발된 패브릭 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터 제조 기술은 패브릭 기반 소자의 실용화 가능성을 한 단계 높였다”며 “계면 결착력 분석을 통해 고내구성 웨어러블 소자의 디자인 방향을 제시했다”고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
