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[IT뉴스]전기 만들고 유해가스 잡는 섬유로 만든 전자소자

온카뱅크관리자

2026-07-08 11:57:30

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 한국재료연구원 
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 <img alt="전기 생산과 동시에 유해가스를 감지하는 섬유형 전자소자가 개발됐다. 1500회 굽힘과 20회 세탁에도 성능을 유지했다. ChatGPT 생성 이미지" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202607/08/dongascience/20260708115139118bopb.png" data-org-width="680" dmcf-mid="b54TwGfziC" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202607/08/dongascience/20260708115139118bopb.png" width="658">
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 전기 생산과 동시에 유해가스를 감지하는 섬유형 전자소자가 개발됐다. 1500회 굽힘과 20회 세탁에도 성능을 유지했다. ChatGPT 생성 이미지
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 섬유 한 가닥으로 전기를 만들고 유해가스까지 감지하는 전자소자가 개발됐다. 옷감처럼 구부러지고 세탁되는 환경에서도 성능을 유지해 향후 스마트 의류와 산업안전용 웨어러블 기기·자가발전형 사물인터넷(IoT) 센서 등에 활용될 것으로 기대된다.
 한국재료연구원(재료연)은 송명관 에너지·환경재료연구본부 책임연구원 연구팀과 이희정 융·복합재료연구본부 책임연구원 연구팀이 이형우 부산대 교수·신명훈 한국항공대 교수팀과 공동으로 전기생산과 황화수소(H2S) 가스 감지를 동시에 수행하는 다기능 섬유형 전자소자를 개발했다고 8일 밝혔다. 연구결과는 국제학술지 '케미컬 엔지니어링 저널'에 지난달 12일 온라인 게재됐다.
 웨어러블 전자기기와 IoT 기술이 발전하면서 외부 전원에 의존하지 않고 스스로 전력을 생산하면서 주변 환경을 감지하는 섬유형 전자소자가 주목받고 있다. 기존 섬유형 태양전지는 발전 효율과 내구성에 한계가 있고 대부분 전력 생산 같은 단일 기능에 그쳐 실제 웨어러블 환경에서 활용하기 어렵다.
 연구팀은 섬유형 염료감응 태양전지에 유해가스 감지 기능을 더해 활용성을 높인 소자를 개발했다. 섬유형 염료감응 태양전지는 염료가 빛을 흡수해 전기를 만드는 구조다.
 핵심은 섬유형 태양전지에 '금속-유기 골격체(MOF)' 소재를 결합한 것이다. MOF는 금속 이온과 유기 분자가 3차원으로 연결된 다공성 소재로 내부 표면적이 넓고 미세한 기공이 많다. 염료를 더 많이 붙잡아 태양전지 발전 효율을 높이고 유해가스와 접촉하면 가스 분자를 빠르게 포착한다.
 연구팀은 대표적인 MOF 소재인 'UiO-66'에 전자를 끌어당기는 '불소(F)'와 전자를 내어주는 '아민기(NH2)'를 각각 도입해 기능성 MOF 소재를 합성했다. 합성한 소재는 섬유형 태양전지의 이산화티타늄 광전극에 적용해 빛을 받아 생성된 전하가 더 원활하게 이동하도록 설계했다.
 MOF 표면 기공은 황화수소 가스와 반응하도록 개발했다. 황화수소는 썩은 달걀 냄새가 나는 대표적인 유해가스로 일정 농도 이상 노출되면 인체에 해롭다. 산업 현장·하수처리장·화학 공정 등에서 빠른 감지·관리가 필요한 이유다.
 성능 평가 결과 연구팀이 개발한 소자의 광전변환효율은 7.16%로 기존 이산화티타늄 광전극보다 약 29% 높다. 강한 햇빛뿐 아니라 실내조명 아래에서도 전기를 생산해 일상 환경에서 자가발전 전원으로 활용될 가능성을 보였다. 황화수소 가스에는 약 9초 만에 반응했다.
 내구성도 확인됐다. 1500회 이상 반복해 구부려도 초기 성능의 약 80%를 유지했다. 20회 세탁 후에도 80% 이상 성능을 유지해 옷감처럼 휘어지고 세탁되는 환경에서도 전자소자로 작동할 수 있음을 입증했다.
 연구팀은 섬유 한 가닥이 전원과 센서 역할을 동시에 수행할 수 있다는 점에서 웨어러블 전자섬유의 활용 범위를 넓힌 것이라고 설명했다. 주변 빛으로 전기를 만들고 유해가스 노출 여부를 감지할 수 있어 산업현장 작업자 안전관리·환경 모니터링·스마트 의류·자가발전형 IoT 센서 등에 활용 가능하다.
 송명관 책임연구원은 "섬유형 전자소자 분야에서 발전 성능 향상과 센서 기능을 함께 확보함으로써 차세대 웨어러블 전자섬유의 새로운 가능성을 제시했다"며 "향후 다양한 MOF 소재를 기반으로 유해가스 감지 특성을 체계적으로 분석하고 관련 데이터베이스를 구축해 자가발전형 센서 소자의 활용성을 더욱 높일 것"이라고 말했다.
 &lt;참고 자료&gt; doi.org/10.1016/j.cej.2026.178271  
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 <img alt="왼쪽부터 이형우 부산대 교수, 조은영 재료연 연구원, 이희정, 송명관 책임연구원. 재료연 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202607/08/dongascience/20260708115140423qtwa.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="KvkzZKNdeI" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202607/08/dongascience/20260708115140423qtwa.jpg" width="658">
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 왼쪽부터 이형우 부산대 교수, 조은영 재료연 연구원, 이희정, 송명관 책임연구원. 재료연 제공
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 [문혜원 기자 moony@donga.com]
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