(a) 상업용 실크 섬유에 본 연구에서 개발된 전자섬유를 바느질하고 발광 다이오드에 연결하여 전기 전도성이 있는지 확인한 모습. (b)는 전자섬유의 열적 안정성을 확인하기 위해 방염용 섬유에 전자섬유를 바느질하고 알코올 램프로 직접적으로 열을 주면서 전자섬유의 전기 전도성이 유지되는지 확인한 모습.
[대전=일요신문] 육심무 기자 = 인천대 김병훈 교수와 전준우 박사과정생(제1저자)이 현재 사용하고 있는 실크를 이용해 전기 전도도와 열 내구성이 높은 전자섬유를 개발했다.
휴대하기 쉽고 유연한 전자소자 수요가 증가하면서 그래핀, 탄소나노튜브처럼 전도성과 유연성을 동시에 갖는 다기능 전자섬유를 개발하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있지만 제조과정이 복잡해 대량생산이 어렵고, 나일론·면 등 일반 섬유 기반의 전자섬유는 열을 가하면 전자섬유의 기능을 잃는 한계가 있었다.
연구팀은 실크 내의 단백질이 가열되면 파이로프로테인(pyroprotein)으로 변형되면서 고온에서도 안정적인 형태를 유지하고 전기 전도도가 높아지는 특성에 주목했다.
또 실크의 축 방향으로 장력을 주면 축을 따라 탄소 구조가 잘 발달해 기계적·전기적 특성이 우수한 파이로프로테인을 제작할 수 있다는 연구결과를 활용했다.
연구팀은 이러한 성질을 통해 현재 상용화되고 있는 실크에 축 방향으로 장력을 가하고 고온의 열처리를 통해 파이로프로테인 기반의 전자섬유를 개발하는 데 성공했다.
이 전자섬유는 매우 높은 전기 전도도(1000S/㎝)를 가지며 열 내구성이 좋아서 가열해도 그 특성을 잃어버리지 않는다는 사실을 확인했다.
또 이렇게 제조한 전자섬유가 열에 강하다는 점에 착안해 연구팀은 금속화합물 산화아연(ZnO), 몰리브덴다이셀레나이드(MoSe2), 질화니오븀(NbN) 등을 증착하는 실험을 진행했다.
그 결과 실크 기반의 전자섬유 반도체 및 초전도체에 해당하는 전기적 특성을 보였다.
김병훈 교수는 “이 연구는 기존의 상업용 실크를 이용해 비교적 간단한 방법으로 전기 전도도가 높은 다기능 전자섬유 제작 가능성을 확인한 것”이라며 “앞으로 휴대용 디스플레이, 입을 수 있는 전자기기, 에너지 저장 장치 등에 필요한 전자섬유가 개발될 것으로 기대된다”고 설명했다.
이 연구 성과는 재료공학 분야 국제학술지 머티리얼스 투데이(Materials Today)에 4월 7일 논문명 ‘Pyroprotein-based electronic textiles with high thermal durability’로 게재됐다.
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