(左부터) 연구팀이 개발한 열적 내성이 강한 전자섬유, 그래프를 보면 각각의 열처리에도 전기전도성을 잃지 않는 모습을 확인 할 수 있다.

국내 연구진이 실크를 활용해 우수한 전자섬유를 더욱 간단하고 쉽게 제작한다. 

한국연구재단은 지난 17일 김병훈 인천대학교 교수(교신저자), 전준우 박사과정생(제1저자)이 현재 사용하고 있는 실크를 이용해 전기 전도도와 열 내구성이 높은 전자섬유를 개발했다고 밝혔다.

최근에는 섬유 자체에 전기적인 신호를 전달할 수 있도록 유연함과 전도성을 가지는 전자섬유 구현에 대한 연구가 활발히 진행 중에 있다.

이런 특성 구현을 위해 섬유에 금속재료를 입혀 전도성을 구현하거나 그래핀, 탄소나노튜브와 같은 탄소 기반의 저차원 물질을 입혀 전자섬유를 제작하는 연구 등의 다양한 형태로 전자섬유에 대한 연구가 진행되고 있다.

전자섬유를 구현하기 위해 나이론, 코튼, 폴리에스터, 실크 등 현재 사용되고 있는 섬유에 그래핀 산화물을 코팅한 전자섬유가 개발되고 있지만 그래핀 산화물을 제작해는 복잡한 과정으로 대량생산에 불리한 단점을 가지고 있다.

또한 현재 이용되고 있는 일반적인 섬유 기반의 전자섬유는 열을 가하면 섬유 자체가 변형이 되어 전자섬유 기능을 상실하며 고온 환경 적용의 한계가 존재한다.

이에 연구진은 이러한 단점을 극복하기 위해 실크 내의 단백질이 가열되면 파이로프로테인(pyroprotein)으로 변형되면서 고온에서도 안정적인 형태를 유지하고 전기 전도도가 높아지는 특성에 주목했다.

또한, 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/cm)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 연구의 의의를 설명했다.

한편, 이 연구 성과는 한국연구재단 대학중점연구소지원사업(교육부 소관), 일반연구자지원사업(과학기술정보통신부 소관) 등의 지원으로 수행됐으며, 재료공학 분야 국제학술지 머티리얼스 투데이(Materials Today)에 4월 7일 게재됐다.