신축성 갖춘 반도체·종이 기반 전지 연구 개발 성과

 

△웨어러블 의료기기를 선도할 각종 기술들이 새로이 등장하고 있다

 

웨어러블 의료기기 기술 개발 사례가 잇따라 등장하며 상용에 대한 기대감이 높아지고 있다.
 
13일 업계에 따르면 최근 국내 연구진에 의해 신축성 갖춘 반도체 및 휘어지는 전지가 개발되며 웨어러블 의료기기 개발 가능성을 높이고 있다.

 

◆전자피부나 수술용 장갑 등에 활용할 수 있는 신축성 있는 반도체 개발 성공

 

김해진 연구원(제1저자), 쿤지앙 유(Cunjiang Yu·교신저자) 교수 등 미국 휴스턴대 연구진은 길이를 1.5배까지 늘려도 성질이 변하지 않는 반도체를 제작했다.
 
연구진은 고분자실리콘화합물(PDMS) 안에 지름이 수십 나노미터(nm·1nm=10억분의 1m)인 유기 반도체 나노선을 넣어, 전기가 통하면서도 늘어나는 반도체를 제작했다.
 
이 반도체를 잡아당겨 길이를 1.5배로 늘리더라도 평균 전하이동도 등 전기적 성질은 거의 변함이 없었다.
연구진은 개발한 반도체를 트랜지스터로도 구현했다. 트랜지스터는 전기 신호를 증폭하거나 차단·전달하는 기능을 하는 일종의 '스위치'다.
반도체를 온도 센서로 만들어 로봇손 손가락 부위에 붙이자, 이 로봇 손은 물컵을 잡을 때 온도를 감지해냈다.
최근 웨어러블 전자기기가 발달하며 여기 들어가는 반도체 소자를 가볍고 신축성 있게 설계하는 연구가 세계적으로 활발하다. 하지만 이런 종류의 소자는 늘어나면 전기적 성질이 줄어드는 단점이 있는데, 이번 연구에서 이를 극복할 소재를 찾은 것이다.
김 연구원은 "이번 연구에서 개발한 반도체는 수백nm 두께의 얇은 필름으로 만들어 로봇의 손가락 관절에 붙이는 것도 가능했다"며 "로봇에 붙이는 전자피부뿐 아니라 수술용 장갑 등 신축성 있는 장치에 적용할 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다.

◆웨어러블 의료기기 전지 개발 가능성 높인 휘어지는 종이 기반 기술 등장
 
국내 연구진이 웨어러블 의료기기에 적용할 수 있는 종이기반 휘어지는 전지를 개발했다.
 
연세대 심우영·문주호 교수 연구팀은 종이를 기반으로 한 휘어질 수 있고 알루미늄을 공기 중 산소와 결합해 전기를 발생시키는 '알루미늄-공기' 전지를 개발했다.
 
최근 웨어러블 기기·사물인터넷(IoT) 등 유연한 정보기술(IT) 기기가 늘어남에 따라 플렉서블 배터리에 대한 수요도 급증하고 있지만 휘어짐과 접힘, 늘어남 등을 동시에 견딜 수 있는 배터리 개발에는 한계가 있었다.
특히 변형이 심하게 일어날 경우에는 성능이 떨어지거나 폭발할 위험이 있다.
 
연구팀은 이러한 어려움을 해결하기 위해 종이 위에 탄소 복합체 용액을 코팅하는 방법으로 접을 수 있는 배터리 양극을 제작했다.
 
연구팀은 특히 음극에는 리튬에 비해 저렴하면서도 폭발 위험이 없는 알루미늄을 적용, 안전성을 높였다.
 
이 배터리는 0.6볼트(V) 전압과 그램(g)당 128밀리암페어아워(mAh)의 용량으로 성능이 뛰어나며 휘어짐이나 접힘, 구겨짐 등 각종 변형에도 성능이 떨어지지 않았다.
 
특히 전기전도성이 높은 힌지(연결 부위)로 배터리 여러 개를 연결해 전지의 출력을 높였다고 연구팀은 설명했다.
 
연구팀은 "이 배터리는 웨어러블 디바이스 등 유연성이 요구되는 각종 전자기기에 적용할 수 있을 것"이라고 말했다.
 
한편 이 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구지원사업과 나노·소재기술개발사업의 지원으로 수행됐으며 연구 성과는 최근 국제 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)'에 게재됐다.

 

김양순 기자  ehealth@e-healthnews.com  

출처 헬스통신

원본링크 http://www.e-healthnews.com/news/article_view.php?art_id=147657