한국재료연구원(KIMS·원장 이정환)은 김용훈 에너지전자재료연구실 연구원이 조병진 충북대 교수, 박민혁 부산대 교수와 공동으로 롤러블 근적외선 광센서 소재를 개발했다고 4일 밝혔다.
개발 기술은 최근 각광받고 있는 차세대 2차원 나노소재를 이용해 센서를 머리카락 정도 얇은 두께로 만들어 종이처럼 둘둘 말 수 있다.
사용자 움직임에 따른 노이즈가 적고 자유자재로 말 수 있어 웨어러블 기기나 피부에 부착할 수 있다. 향후 패치 형태로 응용 및 차세대 신체정보 모니터링 플랫폼으로 개발이 기대된다.
기존에는 2차원 나노소재를 기계적으로 박리하거나 고온에서 합성 후 원하는 기판에 전사해야 했다.
연구팀은 광반응성이 뛰어난 2차원 나노소재를 유연기판 위에 직접 성장시킬 수 있는 저온 플라즈마 공정기술로 이 문제를 해결했다. 고밀도 대기압 플라즈마 공정을 이용해 2차원 나노소재를 합성했다. 합성한 2차원 나노소재는 머리카락 굵기 1000분의 1 수준이다. 여기에 간단한 전극을 형성했다. 외부에서 근적외선 파장 빛(850㎚)이 광센서에 도달하면 2차원 나노소재에서 전자-정공쌍이 발생하고 전극을 통해 외부 광전류 신호를 전달한다. 이 센서 소자는 구부리거나 말아도 전기적 특성을 잃지 않고 유지됐다.
100℃ 이하 온도에서 손쉽게 고품질 2차원 나노소재를 연속 합성하고 별도 전사공정이 필요 없어 향후 가격적인 측면에서 높은 경쟁력을 가질 수 있다.
웨어러블 디바이스 분야 세계 시장 규모는 2020년 기준 약 520억 달러에 달한다.
김용훈 연구원은 “이 기술을 상용화하면 현재 미국과 유럽, 일본을 중심으로 한 웨어러블 헬스케어 분야의 해외 의존도 감소는 물론 수입 대체까지 가능하다”며 “향후 패치형 전자피부시장 선점도 노려볼 수 있다”고 말했다.
이번 연구성과는 과학기술정보통신부 나노 및 소재 기술개발사업 소재혁신선도프로젝트(국가핵심소재연구단) 사업 지원을 받았다. 연구결과는 나노스케일 1월 14일자 표지논문으로 게재됐다.
창원=임동식기자 dslim@etnews.com
