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박정환 교수 연구팀, 플래시 광(光) 기반 헬스케어 센서용 다공성 그래핀 구현
- 작성자
- KITNEWS
- 조회
- 975
- 작성일
- 2025.04.02
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박정환 교수 연구팀, 플래시 광(光) 기반 헬스케어 센서용 다공성 그래핀 구현
- 비싸고 복잡한 그래핀 제조공정 극복, 신체 변화 실시간 감지 가능한 모니터링 센서 개발
- 전북대, 美 코넬대 등과의 국제 공동연구, 에너지 분야 최상위급 학술지 게재
- “미래 전자소재 상용화 위한 생산 플랫폼 혁신 기대”
[사진 1] (상단좌측부터 시계방향) 박정환 교수, 김찬혁 학생(이하 국립금오공대), 최세진 학생, 김정현 학생, 이한얼 교수(이하 전북대)
우리 대학 박정환 교수(38) 연구팀(기계공학부 기계시스템공학전공)이 플래시 광*을 통해 삼차원(3D) 다공성 그래핀 소재를 구현하고, 이를 실시간 생체신호 모니터링 시스템에 적용하는 데 성공했다고 밝혔다.
* 플래시 광: 쉬운 예로 어두운 곳에서 사진을 찍을 때 순간적으로 강하게 나오는 백색 빛으로서 자외선, 가시광선, 적외선의 빛을 모두 포함하고 있다.
우리 대학을 비롯해 전북대, 미국 코넬대 등과의 국제 공동연구를 통해 이루어진 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.(☞ 논문 바로가기: https://doi.org/10.1002/eem2.70005)
‘피부 부착형 웨어러블 헬스케어 센서’는 신체의 생체신호를 실시간으로 측정하여 건강 상태를 모니터링 할 수 있는 차세대 기술로 각광받고 있다. 이러한 웨어러블 전자소자의 구현을 위해 우수한 전기 전도성과 뛰어난 기계적 유연성 및 내구성을 가진 그래핀이 혁신적인 재료로 평가받고 있다. 그러나 기존 그래핀은 고비용 및 비효율적인 제조 방식, 복잡한 공정 때문에 상용화에 어려움이 있었다.
박정환 교수 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 강한 플래시 광을 순간적으로 플라스틱 필름에 내리쬐어 내부 폴리머 구조를 변화시킴으로써, 수 밀리 초(10-3초, 0.001초) 이내의 초고속으로 넓은 면적의 그래핀 소재를 합성하는 데 성공했다. 또한, 플래시 광의 세기, 조사 시간/횟수 등을 세밀히 최적화함으로써, 고순도·고전도성의 3D 다공성 그래핀을 구현했다. 높은 공극률**을 갖춘 다공성 그래핀은 넓은 표면적을 가지고 있기 때문에 센서의 민감도를 향상시켜 우수한 감지 성능을 나타낸다.
** 공극률: 재료나 물질 속의 빈공간이 얼마나 있는지 비율로 나타낸 것
연구팀은 위 기술을 통하여 기존의 비싸고 복잡한 그래핀 제조 공정 문제를 극복하였을 뿐만 아니라, 합성된 3D 다공성 그래핀의 이점을 극대화하여 신체의 움직임, 온도, 땀 이온 변화를 높은 민감도로 감지할 수 있는 피부 부착형 실시간 생체 신호 모니터링 센서를 개발하는 데 성공했다.
박정환 교수는 “빛과 물질간의 상호작용을 이용하면 본 연구에서와 같이 미래 전자소재의 상용화를 위한 생산 플랫폼 혁신에 크게 기여할 수 있으며, 본 연구에서 개발된 소재는 헬스케어 센서를 비롯한 다방면의 차세대 웨어러블 전자소자에 적용 가능하다”라며 연구의 의의를 밝혔다.
한편, 이번 연구 성과는 과기부와 한국연구재단이 추진하는 나노·소재기술개발사업(소재글로벌영커넥트사업), 중견연구자지원사업, 기초연구실지원사업의 지원을 받아 수행됐다.
[사진 2] 플래시 유도 3D 다공성 그래핀 제작과정 및 제작된 센서 특성