[로이슈 전여송 기자]
국내 연구진이 늘어나는 섬유 형태의 신개념 열전 소자를 개발하고, 인간의 피부 감각을 모사하는 웨어러블 센서 시스템을 구현함으로써 개인 맞춤형 건강 모니터링의 새로운 비전을 제시했다.

한국연구재단(이사장 홍원화)은 연세대학교 이태윤 교수 연구팀이 고성능 무기 열전 소재인 아이오딘화 구리(CuI) 나노 입자가 내장된 고성능 신축성 섬유형 열전 소자**를 개발하고, 이를 통해 웨어러블 전자 기기에서 온도, 인장, 압력을 독립적이면서도 동시에 감지할 수 있는 센서 시스템을 구현하였다고 밝혔다.

아이오딘화 구리란 p형 반도체 특성을 가지며 광전자 및 열전 소재로 활용되는 구리와 아이오딘의 이온화합물을 뜻한다. 열전 소자란 열 에너지를 전기 에너지로 변환하거나, 전기 에너지를 열 에너지로 변환하는 소자다.

코로나19 팬데믹 이후 비대면 건강관리의 중요성이 커지며, 웨어러블 전자기기를 통한 개인 맞춤형 건강 모니터링 시스템 수요가 증가하고 있다. 이에 따라 사용자의 움직임과 체온 변화 등 신체 데이터를 정밀하게 감지할 수 있는 유연하고 신축성 있는 열전 소자 기반의 센서 활용이 요구된다.

그러나 기존의 유기 열전 소재 기반 소자는 열전 성능이 낮고, 무기 열전 소재 기반 소자는 유연성과 신축성이 부족해, 실제 환경에서 웨어러블 전자기기용 센서로 활용하기에는 제한적이다.

연구팀이 개발한 고성능 신축성 섬유형 열전 소자는 내부에 아이오딘화 구리(CuI) 나노 입자가 균일하게 분포되어 있어, 높은 유연성과 신축성 그리고 우수한 열전 성능을 동시에 달성했다.

연구팀은 유연하고 신축성 있는 폴리우레탄 섬유 내에 열전 성능이 높은 아이오딘화 구리 나노 입자를 밀도 있게 함유시켰다. 개발된 섬유형 열전 소자는 최대 835%까지 신축되면서, 203.6 마이크로볼트퍼켈빈(µV/K)의 높은 제벡 계수를 지녀 기존 한계인 350%의 신축성과 58µV/K의 제벡 계수를 크게 극복했다.

제벡 계수란 온도 차이에 의해 발생하는 전압의 크기를 나타내는 값으로, 열전 소자의 성능을 평가하는 지표다.

특히, 섬유형 열전 소자를 멀티모달 센서 형태로 웨어러블 스마트 장갑에 통합해, 다양한 자극을 감지하는 인간의 피부 감각을 모사한 센서 시스템을 구현했다. 멀티모탈 센서란 여러 가지 물리적 및 화학적 신호를 동시에 감지하고 융합해 데이터를 처리하는 센서 시스템이다.

스마트 장갑은 출력 전압, 전기 저항, 정전 용량과 같은 서로 다른 변수들의 변화를 측정해 온도, 인장, 압력 변화를 독립적이면서도 동시에 정밀하게 감지할 수 있다. 이를 통해 웨어러블 전자기기를 활용한 개인 맞춤형 건강 관리 시스템으로의 응용 가능성을 입증했다.

이태윤 교수는 “이 연구를 통해 섬유 한 가닥으로 인간의 다양한 피부 감각을 재현하는 기술을 새롭게 제시했다”며, “이 기술은 향후 웨어러블 기기를 통한 개인 맞춤형 건강 모니터링 및 비대면 스마트 의료기기로 활용될 수 있을 것으로 기대된다”라고 밝혔다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 나노미래소재원천기술개발, 글로벌 융합연구지원, 중견 연구 사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼스(Advanced Functional Materials)’에 2025년 1월 2일 게재되었으며, 전면 표지(Front Cover) 논문으로 선정되었다.

전여송 로이슈(lawissue) 기자 arrive71@lawissue.co.kr