"피부에 붙이면 기침·맥박 감지"…UNIST, 초민감 나노 센서 개발

(울산=뉴스1) 김세은 기자 = 피부에 붙이기만 해도 체온과 기침, 침 삼킴 등 미세한 신체 변화를 모두 읽어낼 수 있는 센서 소재가 새롭게 개발됐다.

울산과학기술원(UNIST) 반도체소재부품대학원 김수현·권순용 교수팀은 온도와 압력 변화를 감지하는 티타늄 탄질화물 기반의 초고민감도 '맥신(MXene)' 소재를 개발했다고 11일 밝혔다.

맥신은 금속과 탄소 또는 질소로 이뤄진 원자층이 켜켜이 쌓여 있는 형태의 나노 물질로, 두께가 매우 얇고 유연하면서도 전기가 잘 통한다.

연구팀이 개발한 맥신(Ti₃CNTz)은 질소가 없는 기존 소재보다 온도 변화와 압력 자극에 대한 민감도가 각각 3배와 4배 이상 개선됐다.

연구팀은 최적의 질소 농도를 찾아내 이 같은 소재를 개발했다. 질소가 특정 영역에서 전자 밀도를 높이고, 격자 진동 현상을 강화해 외부 자극에 대한 반응성을 극대화한 덕분이다.

격자 진동은 물질을 이루는 원자들이 규칙적인 배열 안에서 미세하게 흔들리는 현상으로, 전자 이동과 에너지 전달에 영향을 미쳐 소재의 전기·광학적 성능을 좌우한다.

맥신의 아코디언 같은 구조는 기계적 강도도 강화하는 것으로 나타났다. 이러한 원리는 밀도함수이론(DFT) 계산과 방사광 기반 엑스선 흡수 미세 구조 실험을 통해 입증됐다.

이 소재를 이용해 만든 센서는 미세 압력 변화를 감지해 말하기, 침 삼키기, 기침하기 등 성대의 미세한 떨림을 완벽하게 구분해 냈다.

또 눈가에선 눈 깜박임을, 손목에선 맥박 파형을 실시간으로 포착했으며 신발 뒤꿈치에 부착해 보행 패턴을 분석할 수 있었다.

1~2㎜ 떨어진 상태에서 비접촉 온도 감지도 가능하다. 스마트폰 카메라 플래시에서 발생하는 적외선 열을 감지하거나, 손가락이 닿지 않은 상태에서도 접근만으로 온도 변화를 인식할 수 있었다.

김수현 교수는 "헬스 케어뿐만 아니라 에너지 저장, 촉매, 전자기파 차폐 등 다양한 첨단 나노소재 분야로의 응용이 가능하다"고 강조했다.

이번 연구 성과는 재료 과학 분야의 세계적 권위지인 'Advanced Functional Materials'에 지난달 12일 온라인 공개됐다.

syk000120@news1.kr