냄새 맡고, 가스탐지 하는 ‘스마트 의류’

가느다란 실과 같은 형태의 섬유.
펑범한 실이 아닌 섬유형 가스 센서다.
ETRI가 세탁이 가능하고 유연하며 고감도인 섬유형 가스센서 개발에 성공했다.
이 기술은 나일론, 면, 폴리에스터 등 기존 섬유에 분자접착제를 이용해 그래핀을 코팅하여 섬유가 공기 중 가스 유무를 확인하는 원리다.
상용섬유를 사용하고, 환원된 산화그래핀을 감지물질로 채택하여 섬유의 유연한 성질을 그대로 유지하면서도
상온에서 이산화질소를 선택적으로 감지하는 가스센서를 개발한 것이다.
분자막 형태의 환원된 산화그래핀을 분자접착제를 사용하여 섬유상에 견고히 코팅하였고,
이로 인해 구부림 스트레스, 세탁 등의 환경요인에서도 신뢰성이 우수한 섬유형 유연 가스센서 성능이 구현되는 원리다.
따라서 상온에서도 매연가스에 포함된 이산화질소(NO₂)를 만나면 그래핀 산화물의 고유 저항이 바뀌고,
그 정도의 차이를 통해 가스농도를 알 수 있고, 이런 방법으로 유해가스를 선택적 감지하는 가스센서 개발에 성공했다.

1천 번 구부려도 성능유지

그동안 가스센서는 공기청정기의 유해가스 유무, 김치냉장고에서 김치 숙성여부의 가스 감지,
자동차가 매연가스를 인지하면 이를 차단해 내부순환만 되도록 하는 장치 등에 널리 활용되어 왔다.
이처럼 가스센서는 딱딱한 기판위에서 만들어지는 것이 일반적이었다.
하지만, 샤프심에 감을 만큼 실과 같은 유연한 가스센서 개발에 성공함에 따라
향후 웨어러블 기기나 의류 등에 부착함으로써 유해가스 유무를 쉽게 확인 할 수 있게 됐다.
따라서 소방대원의 화재진압, 맨홀과 같이 공기상태를 알 수 없는 곳에 진입 시 연결된 장치를 통해 공기상태 확인도 가능할 전망이다.
가장 큰 특징 중 하나는 이 가스센서가 세탁을 하거나 1천 번을 구부려도 성능을 유지한다는 것이다.
또 센서의 굵기가 마이크로미터(㎛)에서 밀리미터(㎜)의 실형태 또는 섬유라서 감지물질을 붙여 활용이 가능하고 추가적인 전력소모도 없다.
이 기술을 옷의 로고 등에 적용하면 근거리무선통신(NFC)을 통하여 스마트폰과 연동하거나
발광다이오드(LED)를 이용해 유해가스가 인지되면 저항값이 변해서 옷에 불빛을 반짝거리게도 할 수 있다.

외부 공기질을 알려주는 옷

이 기술은 상용섬유가 사용되었고, 분자접착제 및 감지물질 코팅과 환원공정 등이 간단해
가스센서 개발 과정이 섬유의 대량 생산 공정에 적합해 관련 산업에 바로 적용이 가능하다.
따라서, 아웃도어 의류를 입고 외출 시, 외부 공기질에 대한 정보를 사용자가 제공 받을 수 있다.
뿐만 아니라, 섬유(부직포)로 만들어지는 공기청정 필터가 지금은 공기를 걸러주는 기능만 수행하지만
섬유형 가스센서로 교체하면 공기 필터 이외에 유해가스 감지의 기능까지 구현 가능한 스마트필터가 될 수 있다.
연구책임자인 ETRI 이형근 선임연구원은 “기존 고체기판 일변도로 개발된 가스센서와는 달리
유연하면서도 실생활에 밀접하게 사용되는 섬유를 기반으로 개발되어 일상생활에 큰 변화를 줄 수 있다”고 말했다.
본 기술은 건국대 융합신소재공학과 윤용주 박사팀과 공동 연구를 통해 개발되었으며,
ETRI의 원천기술 개발 확보를 위한 R&D 파이오니어(Pioneer) 프로그램 지원으로 지난해 10월부터 개발, 관련 특허도 확보해 두었다.
연구진은 관련 산업체와의 협력을 통해 3년 내 상용화를 기대하고 있으며
이 연구 성과는 네이처(Nature) 자매지인 『사이언티픽 리포트(Scientific Reports)誌』 온라인판에 지난 6일자 게재되었다.