【브레이크뉴스 구미】이성현 기자=국립금오공과대학교(총장 곽호상) 기계공학부 박정환 교수(38) 연구팀은 플래시 광을 이용해 삼차원(3D) 다공성 그래핀 소재를 구현하고, 이를 실시간 생체신호 모니터링 시스템에 성공적으로 적용했다고 밝혔다.

▲ 플래쉬 유도 3D 다공성 그래핀 제작과정 및 제작된 센서 특성  © 금오공대

이번 연구는 금오공대, 전북대, 미국 코넬대 등과의 국제 공동연구를 통해 이루어졌으며, 에너지 분야의 권위 있는 학술지인 Energy & Environmental Materials 3월호 온라인판에 ‘Wearable Multifunctional Health Monitoring Systems Enabled by Ultrafast Flash-Induced 3D Porous Graphene’라는 제목으로 발표됐다.

피부에 부착하여 신체의 생체 신호를 실시간으로 측정하고 건강 상태를 모니터링할 수 있는 ‘웨어러블 헬스케어 센서’는 차세대 기술로 주목받고 있다. 이러한 센서를 구현하기 위해서는 전기 전도성과 기계적 유연성이 뛰어난 그래핀 소재가 필수적이다. 그러나 기존 그래핀은 제조 비용이 높고 공정이 복잡하여 상용화에 어려움이 있었다.

박정환 교수 연구팀은 이를 해결하기 위해, 플라스틱 필름에 강한 플래시 광을 순간적으로 쬐어 내부 폴리머 구조를 변화시키는 방법을 사용했다. 이를 통해, 수 밀리초 이내의 시간 동안 넓은 면적의 그래핀을 초고속으로 합성하는 데 성공했다.

또한, 플래시 광의 세기와 조사 시간 등을 최적화하여 고순도 및 고전도성의 3D 다공성 그래핀을 만들어냈다. 이 다공성 그래핀은 높은 공극률을 갖추고 있어 센서의 민감도를 향상시키고 뛰어난 감지 성능을 발휘한다.

연구팀은 이 기술을 활용해 기존의 고비용, 복잡한 그래핀 제조 공정을 극복하고, 3D 다공성 그래핀을 기반으로 한 피부 부착형 실시간 생체 신호 모니터링 센서를 개발했다. 이 센서는 신체의 움직임, 온도 변화, 땀 이온 등을 높은 민감도로 감지할 수 있다.

박정환 교수는 “빛과 물질 간의 상호작용을 활용한 이 연구는 미래 전자소재의 상용화를 위한 생산 플랫폼 혁신에 크게 기여할 수 있다”며, “이번에 개발된 소재는 헬스케어 센서를 비롯한 다양한 웨어러블 전자소자에 적용될 가능성이 크다”고 연구의 의의를 설명했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 나노·소재기술개발사업, 중견연구자지원사업, 기초연구실지원사업을 통해 이루어졌다.

<구글 번역으로 번역한 영문 기사의 전문 입니다. 번역에 오류가 있을 수 있음을 밝힙니다.>

Professor Park Jeong-hwan’s research team at Kumoh National Institute of Technology (President Kwak Ho-sang) has implemented porous graphene for healthcare sensors based on flash light

Professor Park Jeong-hwan’s (38) research team at the Department of Mechanical Engineering at Kumoh National Institute of Technology (President Kwak Ho-sang) announced that they have implemented a three-dimensional (3D) porous graphene material using flash light and successfully applied it to a real-time bio-signal monitoring system.

This research was conducted through international joint research with Kumoh National Institute of Technology, Chonbuk National University, and Cornell University in the United States, and was published in the March online edition of Energy & Environmental Materials, a prestigious academic journal in the energy field, under the title ‘Wearable Multifunctional Health Monitoring Systems Enabled by Ultrafast Flash-Induced 3D Porous Graphene.’

‘Wearable healthcare sensors’ that can measure the body’s bio-signals in real time and monitor health conditions by attaching them to the skin are attracting attention as a next-generation technology. Graphene materials with excellent electrical conductivity and mechanical flexibility are essential for implementing such sensors. However, existing graphene has been difficult to commercialize due to its high manufacturing cost and complex process.

To solve this problem, Professor Park Jeong-hwan's research team used a method that changes the internal polymer structure by exposing a plastic film to strong flash light momentarily. Through this, they succeeded in synthesizing a large area of ​​graphene at high speed within a few milliseconds.

In addition, they optimized the intensity and irradiation time of the flash light to create high-purity and high-conductivity 3D porous graphene. This porous graphene has a high porosity, which improves the sensitivity of the sensor and exhibits excellent detection performance.

Using this technology, the research team overcame the existing high-cost and complex graphene manufacturing process and developed a skin-attachable real-time biosignal monitoring sensor based on 3D porous graphene. This sensor can detect body movements, temperature changes, sweat ions, etc. with high sensitivity.

Professor Park Jeong-hwan explained the significance of the research, saying, “This research utilizing the interaction between light and matter can greatly contribute to the innovation of the production platform for the commercialization of future electronic materials,” and “The material developed this time has a high possibility of being applied to various wearable electronic devices including healthcare sensors.”

This research was conducted through the Nano and Material Technology Development Project, the Mid-career Researcher Support Project, and the Basic Research Laboratory Support Project supported by the Ministry of Science and ICT and the National Research Foundation of Korea.