국내 연구진이 세계 최초로 고기능성 스마트 섬유(smart textile) 대량 생산 기술을 개발하는 데 성공했다.

KAIST는 박인규 기계공학과 교수와 안준성 고려대 세종캠퍼스 교수, 정용록 한국원자력연구원 박사, 정준호 한국기계연구원 박사가 공동연구로 `스마트 섬유용 금속·세라믹 나노 리본 얀(yarn) 제조 기술'을 개발했다고 8일 밝혔다.

스마트 섬유는 기존 섬유에 디지털 정보기술을 결합한 미래형 섬유다.
그간 개발된 기능성 나노섬유 제조 공정은 다양한 물질로 제조가 어려운 한계로, 고성능 스마트 섬유 구현을 위해서는 나노물질의 우수한 전기적 특성과 기계적 유연성이 확보된 기능성 금속·세라믹 나노섬유 개발이 필수적으로 인식됐다.

같은 이유로 공동연구팀은 스마트 섬유에 쓰일 기능성 나노섬유의 원천·재료적 한계점을 극복하기 위해 범용적 금속·세라믹 나노 리본 섬유 제조 플랫폼 기술을 개발했다.

공동연구팀이 개발한 기술은 나노 임프린트 리소그래피(마이크로 및 나노 구조의 패턴이 있는 템플릿으로 해당 기판에 패턴을 전사해 얇은 폴리머 필름에 나노 크기의 패턴을 생성하는 공정)로 제작한 나노 몰드(나노 임프린트 리소그래피 등으로 제작한 나노 구조의 패턴이 있는 기판)에 금속을 증착한 후 플라즈마 식각 공정으로 몰드를 식각해 공중부양된 금속·세라믹 나노 리본을 얻는다.

또 기판과 접착력이 약해진 나노 리본 다발을 얀 형태로 꼬아 나노 리본 얀 형상을 확보할 수 있게 됐다.
이는 고기능성 스마트 섬유를 대량 생산할 수 있는 길을 열어 다양한 무기물에 적용할 수 있는 세계 최초의 얀 제조 공정이라고 공동연구팀은 강조했다.

얀은 천연 또는 합성 섬유를 길이의 방향으로 나란히 배열한 후 꼬아 연속적인 가닥 구조를 갖는 실 형태를 의미한다.
뜨개질과 직조 등에서 사용되는 실에서 흔히 쓰이는 형태다.

공동연구팀은 이번 연구에서 금, 팔라듐, 니켈, 알루미늄, 백금, 텅스텐 산화물, 주석 산화물, 니켈 산화물, 인듐 산화물, 구리 산화물 등 소자로 나노 리본 얀의 제작 가능성을 입증했다.

또 개발된 나노 리본 얀이 수소, 암모니아 등 그린 가스를 감지할 수 있는 고성능 가스 센서로 활용되는 것은 물론 물 전기분해, 마찰전기 나노 발전기 등 그린 에너지 관련 소자로도 응용될 수 있음을 확인했다고 공동연구팀은 부연했다.

개발된 무기물 나노 섬유는 기존 스마트 섬유용 소재의 한계를 뛰어넘어 의료산업·패션산업·국방·헬스케어용 스마트 섬유에 적용과 사물인터넷(IoT)을 섬유에 구현하는 데 기여할 수 있을 것으로도 기대된다.

박인규 KAIST 교수는 "개발된 금속·세라믹 나노 리본 얀 제작 기술은 스마트 기능성 나노 섬유 제작 공정의 본질적 문제인 소재 다양성과 대량 생산의 어려움을 해결할 실마리가 될 것으로 기대한다“며 ”공동연구팀은 향후 센서·에너지 소자를 포함한 다양한 나노 전자 소자 제작에 활용, 나노 구조체 제작 기술과 스마트 섬유 기술의 압도적 선도 국가가 되기 위한 발판이 될 것?이라고 말했다.

한편 안준성 고려대 세종캠퍼스 교수, 정용록 한국원자력연구원 박사, 강민구 KAIST 기계공학과 박사과정이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 `스몰(Small)' 3월 온라인판에 출판됐다.