전기硏, 웨어러블 ‘기능성 와이어’ 제조

한국전기연구원(KERI) 나노융합연구센터 한중탁 박사팀이 기존 합성섬유 공정 방식을 그대로 활용해 웨어러블(wearable) 전자기기의 근간인 ‘기능성 와이어’를 제조하는 데 성공했다.

사람의 손목, 귀, 눈과 같이 몸에 부착하거나 착용할 수 있는 웨어러블 전자기기는 스마트 시계, 안경, 이어폰 등 다양한 형태로 이미 우리 일상이 된 지 오래다. 이러한 기기의 핵심은 가볍고, 오래 가는 성능을 보유해야 하는 것이며, 다양한 노력이 있겠지만, 중요한 소재 중 하나는 전기가 통하는 기능성 와이어다.

KERI의 성과는 ‘단일벽 탄소나노튜브(CNT)’를 활용한 고에너지 경량 와이어다. CNT는 강철의 100배 강도에, 전기 전도도는 구리에 버금가는 수준을 가진 신소재로, 6각형 고리로 연결된 탄소들이 긴 원통형 모양을 이루고 있어 유연성도 뛰어나다. 특히 CNT는 소량의 첨가만으로도 에너지 밀도를 크게 높여주기 때문에 전자기기를 구성하는 무거운 구리의 양을 크게 줄일 수 있다. 다만, CNT는 응집하려는 성질이 매우 강해 서로 엉킨 구조를 가지고, 유기용매 등에 분산이 어려워 전기·전자기기 분야에 적용하는 데 높은 기술력이 요구된다.

한중탁 박사팀은 먼저 CNT 표면에 용매와 친한 ‘산소 기능기’를 도입하기 위해 소량의 강산과 첨가제를 넣고 반죽, 저온서 일정 시간 보관했다. 이는 빵이나 국수를 만들 때 밀가루에 물과 첨가물을 섞어주고 반죽을 하면 숙성이 되는 방식을 모방한 것으로, CNT가 저온에서 기능화될 경우, 표면에 결함 구조가 최소화되어 성능을 극대화할 수 있다.

이번 연구결과는 미국 화학회가 발행하는 국제학술지 ‘ACS Nano’에 논문이 게재됐다. 구본혁 기자