한국기술교육대학교(KOREATECH) 에너지신소재공학과 채수상 교수 연구팀이 독일 및 미국의 정부 연구기관과 공동 연구를 통해 대기전력이 거의 제로에 가까운 스트레인 센서를 개발해 화제가 되고 있다. 연구팀의 성과는 나노 분야의 저명 국제 학술지 Nano Letters 3월호 온라인판에 게재되었다.

이번 연구에는 에너지신소재전공 채수상 교수와 이수형 학생(석사과정) 이 참여했으며, 연구팀은 금속 나노 박막 사이에 소프트 나노 베리어(barrier) 층을 삽입하는 방식으로, 신축 인장 시 10⁹ 배에 달하는 음의 저항 변화를 구현하는 데 성공했다.

일반적으로 신축 인장 시 재료의 저항이 증가하는 것이 일반적인 현상이지만, 연구팀은 이와 반대로 신축 시 저항이 감소하는 새로운 소재를 개발했다. 기존에도 음의 저항 변화를 보이는 재료가 일부 존재했지만, 신축 재료로 활용하기 어려운 단점이 있거나 적용가능한 신축 범위가 제한적이었다.

채수상 교수 연구팀은 금속 박막의 임계 전도 두께(percolation threshold thickness) 특성과 신축 시 발생하는 포아송 효과(Poisson effect)를 결합했다. 신축이 가해지지 않을 때는 절연체에 가까운 높은 저항을 유지하다가 신축이 인가되면 소프트 베리어 층의 두께 감소로 인해 금속 박막층 간 터널링 전류(tunneling current)가 증가하도록 설계했다.

이를 통해 현재까지 보고된 바 없는 가장 높은 수준의 음의 저항 변화 차이를 구현했으며, 신축 구동 범위를 130%까지 확대할 수 있었다.

연구를 주도한 채수상 교수는 "소프트 재료의 기본적인 특성을 활용해 기존에 없던 새로운 특성을 가진 신소재를 개발했다"며 "추가 연구를 통해 다양한 응용 분야를 창출할 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다.

이번 연구 결과는 전력 공급이 어려운 생체 삽입형 센서 및 장기간 스트레인 감지가 필요한 건물 안전 점검 시스템과 같은 분야에서 대기전력이 거의 제로에 가까운 스트레인 센서에 적용할 수 있는 등, 다양한 분야에 높은 활용 가치를 인정받고 있다. 실용화를 위해 ㈜미메틱스와의 기술이전 계약 체결을 앞두고 있다.