충남대학교 기계공학부 강성민 교수, 유진영 석사과정생(삼성 SDI 셀/소재/배터리 개발부 입사)과 한국전자통신연구원(ETRI) 김정훈 선임연구원팀이 기존의 웨어러블 센서와 차별되는 생체 친화형 고감도 하이드로겔 스트레인 센서를 공동 개발했다.

이번 공동 연구 결과는 국제 저명 학술지 ‘Nano-Micro Letters’(IF: 23.655)에 2월 15일자 온라인으로 게재됐다. (논문 제목: Ultrasensitive and Highly Stretchable Multiple‑Crosslinked Ionic Hydrogel Sensors with Long‑Term Stability)

최근 웨어러블 기기 시장이 성장함에 따라 유연하면서 인체와 환경에 친화적인 성질을 가진 전도성 하이드로겔 착용형 센서의 재료로 주목받고 있다. 하지만 하이드로겔은 수분의 증발에 따른 내구성 문제, 낮은 감도, 약한 기계적 물성, 낮은 접착력, 저온에서의 동결 현상 등의 문제점들을 지니고 있어 실제 적용에는 한계가 있다. 

이에 연구팀은 새로운 조성의 전도성 하이드로겔을 합성하고 이를 스트레인 센서로 적용함으로써 기존 하이드로겔의 단점을 극복했다. 연구팀은 하이드로겔을 구성하는 화학적 결합과 물리적 결합을 동시에 사용한 이중 결합을 통해 소자의 기계적 강성(2900%의 인장력)과 자가 회복 능력을 향상시켰다. 

또한 글리세롤 첨가를 통해 수분의 증발을 억제함으로써 장기적인 내구성을 확보했으며, poly(2-(methacryloyloxy)ethyl)dimethyl-(3-sulfopropyl)ammonium hydroxide(SBMA)를 추가해 안정적인 피부 접착력은 물론, 센서의 감도를 기존 대비 2배 이상 향상시켰다.

강성민 교수는 "이번 연구성과는 현존하는 착용형 하이드로겔 스트레인 센서 연구 중 변형률, 민감도, 내구성 등에서 가장 우수한 결과”라며, “새롭게 개발된 생체 친화형 센서는 단순한 웨어러블 기기를 뛰어넘어 차세대 전자 피부 제작을 위한 복합 소재로도 유용하게 적용할 수 있을 것"이라고 전망했다.

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