나노기술 및 정책 정보

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플렉시블 웨어러블 전자 디바이스는 무게가 가볍고, 변형이 용이하며, 의류에 쉽게 통합될 수 있기 때문에 의료, 건강, 인간-기계 상호작용, 소프트 로봇 등의 분야에서 밝은 응용 전망을 가짐.

도체(conductor)와 센서의 변형 능력을 향상 시키고 우수한 전기 성능을 확보하는 것이 이 분야 연구에서 해결해야 할 중점 과제임.

중국과학원 역학(力學) 연구소 산하 "비(非)선형 역학 국가중점실험실" 소속 "플렉시블 소재, 구조 및 디바이스 역학 과제 연구팀"은 베이징(北京, 북경) 항공(航空) 항천(航天) 대학교 연구팀과 공동 연구를 통해 다중 스케일의 나선형 구조, 대 변형력과 안정성을 보유한 전도성 복합소재(탄소 나노튜브 CNTS)/폴리머(폴리우레탄 PU)를 디자인하고 제조하는데 성공함.

연구팀은 이론 및 실험 연구를 통해 마이크로/나노 스케일 구조 커플링이 소재의 기계적 성능을 향상시킴을 입증하였음.

연구팀은 일방향 PU 나노섬유 기판에 CNTS 분산액을 균일하게 분무하고, 트위스팅(twisting)에서 오버 트위스트(Over twist) 상태를 통해 멀티 스케일 나선 구조의 CNTs/PU 섬유를 취득하였음.

CNTs는 트위스팅(twisting) 과정에서 섬유 내부에 코팅되어 샌드위치 상태의 CNTs/PU 복합 구조를 형성하여 소재의 구조 안정성을 향상시키는 것으로 나타났음.

코팅된 CNTs는 소재의 기계적 강도를 향상시키며, 다단계 구조의 시너지 효과로 나선형 섬유를 자체의 17배까지 스트레칭(stretching)할 수 있는 것으로 나타났음.

CNTs는 초(超) 스트레칭 성능, 낮은 제조 원가, 높은 적합성, 편직(weave)이 가능한 점 등의 강점이 있기 때문에 플렉시블 로봇, 대 변위 센서 및 스마트 웨어러블 직물 등의 분야에 응용될 수 있음.

본 연구 성과는 ‘ACS Nano’ ("Winding-Locked Carbon Nanotubes/Polymer Nanofibers Helical Yarn for Ultra-Stretchable Conductor and Strain Sensor") 지에 게재됨.