(왼쪽부터, Sujith Lal 박사 후 연구원, 황병일 교수)

융합공학부 황병일 교수(지능형반도체공학과 겸) 연구팀이 자연 유래 셀룰로오스 기반의 신소재를 이용해 수분으로 전기를 생성하고, 이를 활용해 호흡·기침 등의 생체 신호를 감지할 수 있는 자가발전형 웨어러블 센서 소자를 개발했다.

연구팀은 폐기물 티슈로부터 추출한 황산처리 셀룰로오스 나노크리스탈 (CNC)과 탄소나노튜브(CNT), 폴리비닐알코올(PVA) 복합체를 전통 한지에 코팅함으로써, 고표면전하 밀도와 유연성, 내수성, 전도성을 동시에 갖춘 에너지 생성 플랫폼을 구현하였다. 해당 소자는 별도의 전원 없이도 수증기나 수분 접촉만으로 300–350 mV의 전압과 최대 30 µA의 전류를 안정적으로 생성하며, 반복적인 기계적 변형이나 수분 노출에도 성능을 유지한다.

특히 본 소자는 마스크 내부에 부착하여 호흡, 기침, 말하기 등 일상적인 생리 활동을 전기 신호로 감지할 수 있는 센서로도 활용 가능하며, 별도 전원 없이 작동하는 자가구동형 감지 시스템으로서, 향후 헬스케어, 환경 모니터링, 웨어러블 전자기기 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

해당 연구 결과는 에너지 및 센서 분야의 권위 있는 국제 학술지 Nano Energy (2024년 Impact Factor 17.6)에 게재 확정되었으며, Sujith Lal 박사후연구원이 제 1저자로 참여하고 스웨덴 찰머스 공과대학교 Giada Lo Re 교수와 공동으로 연구를 수행했다.

황병일 교수는 “본 연구는 저전력 반도체 시스템과 연계 가능한 자가발전형 소재 플랫폼의 기초 기술을 확보했다는 점에서 의의가 있다”고 전했다.

한편, 본 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단의 해외우수연구기관 협력허브사업의 지원을 받아 수행되었다.