스마트 섬유 & 전자섬유

감지하고 구동하는 기능성 섬유와 그 연속 제조공정 — 스마트 의류와 헬스케어 웨어러블을 위한 연구입니다.

왜 중요한가

옷은 우리가 이미 하루 종일 착용하고 있는 유일한 장치입니다. 센서나 구동기를 섬유 형태로 만들 수 있다면 일반 섬유 기계로 직조·편직·봉제할 수 있고, 셔츠·장갑·양말 속으로 자연스럽게 사라질 수 있습니다. 문제는 아이디어가 아니라 제조였습니다. 실험실 시연은 몇 센티미터 단위로 만들어지지만, 섬유 산업은 균일한 품질의 섬유를 킬로미터 단위로 저가에 요구합니다. 우리 연구실은 바로 이 간극 — 기능성 고분자를 섬유 산업용 섬유로 바꾸는 소재, 섬유 구조, 연속 공정 — 을 연구합니다.

연구 내용

Piezoelectric coaxial PVDF fibers via cladding-free thermal drawing.

Figure 1. Piezoelectric coaxial PVDF fibers via cladding-free thermal drawing.

기능성 섬유의 열인발. 열인발(thermal drawing)은 거시적 프리폼의 단면 설계를 그대로 유지하면서 수백 미터 길이의 섬유로 축소하는 공정입니다. 전극, 압전층, 보호 피복을 프리폼에 모두 넣어 한 번에 인발할 수 있습니다. 연구실은 자체 제작한 인발 타워를 운영하며, 피복 없이는 인발이 어렵다고 여겨졌던 PVDF 같은 고분자의 공정 조건을 확립했습니다. 이 연구는 "자가발전 다기능 직물용 압전 나노섬유 고속 대량생산 기술 개발" 과제(2016–2021, 한국연구재단)를 통해 기반이 마련되었습니다.

센싱·에너지 하베스팅용 압전 섬유. 최근 npj Flexible Electronics(2026)에 발표한 연구에서는 은나노와이어 코팅 코어 전극을 갖는 동축 PVDF 섬유의 무피복 공정을 개발하여, 분극과 전극 코팅을 하나의 릴투릴 라인에서 연속으로 수행했습니다. 완성된 섬유는 0.5% 변형률에서 9.4 V를 출력하고 1만 회 굽힘에도 성능을 유지하며, 장갑에 직접 봉제해 손가락 움직임을 감지할 수 있습니다. 앞서 다중소재 인발로 고유연 압전 리본 섬유를 제작하고, PVDF 섬유로 만든 착용형 직물의 가능성을 검증한 바 있습니다.

Piezoelectric ribbon fibers fabricated by multi-material thermal drawing.

Figure 2. Piezoelectric ribbon fibers fabricated by multi-material thermal drawing.

섬유형 전자소자와 에너지 저장. 센싱을 넘어 에너지를 저장하고 신호를 처리하는 섬유도 연구합니다. 레이저 공정 기반 단섬유 슈퍼커패시터를 개발했고, 현재는 연속 섬유 위에 회로 소자를 직접 구현하는 섬유형 전기화학 트랜지스터를 연구하고 있습니다.

자수형 전자섬유. 모든 기능에 새 섬유가 필요한 것은 아닙니다. 상용 전도성 실로 신축 센서와 근전도 센서를 의류에 자수로 삽입하고, 사용에 따라 전기적 특성이 어떻게 변하는지 연구하여 동작 추적 슈트가 장기간 착용에도 신뢰성을 유지하도록 합니다.

Wearable suit with embroidered sensors for human motion tracking.

Figure 3. Wearable suit with embroidered sensors for human motion tracking.

진행 중인 연구. 피부 접촉·체내 삽입 센서용 신축·생분해성 압전 섬유, 그리고 접촉의 크기와 위치를 하나의 섬유로 동시에 감지하는 센서 섬유.

보유 기술

인라인 코로나 분극·딥코팅·다이코팅을 갖춘 열인발 타워
용융점 부근 고분자 가공성 평가용 열연신(TE) 시험법
프리폼 설계 및 다중소재(고분자·전극·피복) 동시 인발
전도성 코어 전극(AgNW 코팅 나일론) 및 신축 전극 코팅
압전·압저항·전기화학 섬유 소자
자수 기반 전자섬유 제작 및 장기 신뢰성 평가

주요 논문 및 특허

J. Lee, T. T. Luong, N. Her, S. Lee, Q. V. Duong, J. B. In, S. Lee, S. H. Chang, and S. T. Choi*, Cladding-free thermal drawing for scalable reel-to-reel manufacturing of piezoelectric coaxial polyvinylidene fluoride fibers, npj Flexible Electronics, 2026. [DOI]
G. T. Nguyen, J. Lee, S. Jung, and S. T. Choi*, Wearable suit for comfortable long-term human motion tracking using low hysteresis embroidered stretch sensors, Journal of Mechanical Science and Technology, 2025. [DOI]
I.-J. Jung, S. T. Choi, and S.-H. Chang*, Experimental feasibility investigation of wearability of cloth-type electronic devices composed of functional polyvinylidene difluoride (PVDF) fibers, Composite Structures, 2023. [DOI]
S. Lee, Q. V. Duong, N. Her, A. T. Luu, N. T. Lam, and S. T. Choi*, High-flexibility piezoelectric ribbon fiber fabrication through multi-material thermal drawing, Journal of Mechanical Science and Technology, 2022. [DOI]
Y. Cho, G. T. Nguyen, Q. V. Duong, and S. T. Choi*, Time-evolution of electrical resistance–strain hysteresis curve of embroidered stretch sensors and their application in reliable human motion tracking, Journal of Mechanical Science and Technology, 2022. [DOI]
P. T. Nguyen, J. Jang, Y. Lee, S. T. Choi, and J. B. In*, Laser-assisted fabrication of flexible monofilament fiber supercapacitor, Journal of Materials Chemistry A, 2021. [DOI]
C.-H. Park, Q. V. Duong, Y.-J. Moon, K. Ha, and S. T. Choi*, Enhanced thermo-electro-mechanical characteristics of purified P(VDF-TrFE) films for ultrasonic transducers, Sensors and Actuators A: Physical, 2018. [DOI]
[기능성 섬유 제조 관련 특허 — 추가 예정]

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