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신소재/부품 세탁 가능한 축전지형 웨어러블 디바이스 개발

  • 관리자 (irsglobal1)
  • 2019-12-03 12:12:00
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영국 케임브리지대학의 연구팀이 옷 속에 직접 넣어 넣을 수 있는, 저렴하고 안전하고 친환경적인 잉크를 사용한 세탁 가능한 웨어러블 축전지를 개발하였다.

 

<그림> 의류에 직접 착장 가능한 웨어러블 디바이스

자료 : pubs.rsc.org

 

케임브리지대학의 연구팀은 패브릭에 직접 도입할 수 있는 웨어러블 전자부품을 개발했다. 디바이스는 플렉시블한 전자회로나 의료관리 모니터링, 에너지변환 외에도 다양한 어플리케이션에 사용할 수 있다.

 

케임브리지대학과 중국의 강남대학의 공동연구팀은 탄소의 2D 소재인 그래핀과 그 외 관련 소재를 패브릭에 직접 집어넣어 커패시터(capacitor) 등의 저장공급 장치를 제작할 수 있다는 것을 실증하였으며, 세탁이 가능한 유연하고 착용감이 뛰어난 섬유 제품(textile)에 의한 에너지 공급의 가능성을 개척하였다.

 

‘Nanoscale’지에 게재된 이 연구는 그래핀 잉크가 필요에 따라 전기를 저장ㆍ공급하는 텍스타일의 제작에 사용할 수 있음을 실증하고 있다. 이 새로운 텍스타일 전자 디바이스는 폴리에스테르 섬유의 저렴하고, 지속가능하며 확장 가능한 코팅을 베이스로 하고 있다. 잉크는 표준적인 용액처리 방법으로 제작된다.

 

이 연구팀에서는 같은 연구팀이 이전에 연구한 내용을 바탕으로, 심플한 프로세스로 폴리에스테르 섬유에 직접 코팅할 수 있는 잉크를 개발했다. 이 프로세스는 범용적이기 때문에 모든 타입의 전자부품을 섬유에 넣을 수 있게 된다.

 

웨어러블 전자 디바이스는 플라스틱이나 텍스타일 상에 딱딱한 전자부품을 장착하는 경우가 많다. 이것들은 다양한 상황에서 피부와의 적합성을 제한하고 세탁하면 고장이 나거나 통기성이 좋지 않기 때문에 쾌적하게 착용할 수 없었다.

 

이 논문의 책임저자인 Cambridge Graphene Centre의 Felice Torrisi 박사는 “텍스타일에 전자 디바이스를 직접 넣는 다른 기술은 제조비용이 비싸고, 대부분 경우 유해한 용제를 사용하기 때문에 착용에는 적합하지 않았다”며, “우리가 개발한 잉크는 값싸고 안전하며 친환경적으로, 패브릭 상에 다른 2D 소재 패브릭을 직물을 중첩하는 것으로 전기회로를 제작할 수 있다”고 설명하였다.

 

연구팀은 각각의 그래핀 시트를 저비점(low boiler) 용액에 부유(浮游)시켜 패브릭에 적층한 후에 용액을 간단히 제거하고, 여러 개의 그래핀 시트로 구성된 얇고 균일한 전도 네트워크를 제작한다.

 

이어서 여러 개의 그래핀과 육방정 질화붕소(h-BN)로 코팅한 패브릭을 겹치면 전하를 저장하는 활성 영역이 만들어진다. 이 패브릭 ‘전지’는 접을 수 있으며, 일반 세탁기에서 반복 세탁도 할 수 있다.

 

공동 저자인 중국 강남대학의 Chaoxia Wang 교수는 “텍스타일의 코팅은 심플한 안료를 사용해 몇 세기에 걸쳐 실시되어 왔지만, 에너지를 저장ㆍ공급하는 텍스타일 제작용으로 그래핀이나 유사한 소재 베이스의 잉크를 사용할 수 있다는 것은 우리의 연구결과에 의해 처음 실증된 것이다”라며, “우리의 프로세스는 확장 가능하며, 웨어러블 전자디바이스의 복잡성이나 기능성 기술개발에 있어서 기본적인 장애가 없다”고 밝혔다.

 

케임브리지대학의 연구팀에 의한 이 연구는 퍼스널헬스나 건강관련 기술에서 웨어러블 에너지나 데이터 보존, 군사용 의류, 웨어러블 컴퓨팅, 패션에 이르기까지 2D 소재 잉크의 다양한 상용화의 기회를 개척하는 것이다.

 

텍스타일을 기능적인 에너지 저장요소로 바꾸는 것에 의해, 에너지 하비스팅ㆍ저장에서부터 IoT에 이르기까지 완전히 새로운 어플리케이션을 만들어낼 수 있을 것으로 상정된다.

 

이 연구는 영국공학물리연구회의(EPSRC), Newton Trust, 중국 국가자연과학기금(NSFC) 및 중국 과학기술부가 지원한 것으로, 케임브리지대학의 상업화 부문인 Cambridge Enterprise가 이 기술의 상용화를 추진하고 있다.

 

 

[2020 소재ㆍ부품의 국산화 달성을 위한, 반도체ㆍ자동차 분야 소재ㆍ부품의 핵심기술 개발동향 및 글로벌 트렌드 분석] 보고서 보기

http://www.irsglobal.com/shop_goods/goods_view.htm?category=03000000&goods_idx=83295&goods_bu_id=

 

 

 

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