비싸고 복잡한 그래핀 제조 공정 극복, 신체 변화 실시간 감지 미래 전자 소재 상용화 위한 생산 플랫폼 혁신 기대
  • ▲ 왼쪽부터 박정환 교수, 김찬혁·최세진·김정현 학생, 이한얼 교수.ⓒ국립금오공대
    ▲ 왼쪽부터 박정환 교수, 김찬혁·최세진·김정현 학생, 이한얼 교수.ⓒ국립금오공대
    국립금오공대 박정환(38)  교수(기계공학부) 연구팀이 플래시 광을 통해 3차원(3D) 다공성 그래핀 소재를 구현해 실시간 생체신호 점검 시스템에 적용하는 데 성공했다고 2일 밝혔다.

    플래시 광이란 쉬운 예로 어두운 곳에서 사진을 찍을 때 순간적으로 강하게 나오는 백색 빛으로 자외선·가시광선·적외선의 빛을 모두 포함한다.

    금오공대·전북대·코넬대(미국) 등과 국제 공동연구로 이뤄진 이번 연구는 에너지 분야 최상위급 SCI 학술지인 Energy & Environmental Materials(상위 7.9 %, IF:13.0)의 3월호 온라인판에 ‘Wearable Multifunctional Health Monitoring Systems Enabled by Ultrafast Flash-Induced 3D Porous Graphene(초고속 플래시 유도 3D 다공성 그래핀으로 구현된 웨어러블 다기능 헬스 모니터링 시스템)’이라는 제목으로 게재됐다.

    피부 부착형 웨어러블 헬스케어 센서는 생체신호를 측정해 건강 상태를 점검할 수 있는 차세대 기술이다. 

    이러한 웨어러블 전자 소자 구현을 위해서는 전도성과 기계적 유연성, 내구성을 가진 그래핀이 혁신적 재료로 평가된다. 

    그러나 기존 그래핀은 고비용과 비효율적 제조 방식, 복잡한 공정 때문에 상용화에 어려움이 있었다.

    박 교수 팀은 이 한계를 극복하기 위해 강한 플래시 광을 순간적으로 플라스틱 필름에 쬐어 내부 폴리머 구조를 변화시킴으로써 수 밀리 초(10-3초, 0.001초) 이내의 초고속으로 넓은 면적의 그래핀 소재를 합성하는 데 성공했다. 

    플래시 광의 세기, 조사 시간·횟수 등을 최적화해 고순도·고전도성 3D 다공성 그래핀을 구현했다. 

    높은 공극률을 갖춘 다공성 그래핀은 넓은 표면적으로 인해 센서의 민감도를 높여 우수한 감지 성능을 나타낸다.
      
    연구팀은 이러한 기술로 기존의 비싸고 복잡한 그래핀 제조 공정 문제를 극복했을 뿐 아니라, 합성된 3D 다공성 그래핀의 이점을 높여 신체 움직임, 온도, 땀 이온 변화를 높은 민감도로 감지할 수 있는 피부 부착형 실시간 생체신호 점검 센서를 개발했다. 

    박정환 교수는 “빛과 물질 간의 상호작용을 이용하면 본 연구에서와 같이 미래 전자 소재의 상용화를 위한 생산 플랫폼 혁신에 크게 기여할 수 있으며, 본 연구에서 개발된 소재는 헬스케어 센서를 비롯한 다방면의 차세대 웨어러블 전자 소자에 적용 가능하다”고 말했다.