본 연구의 목적은 생체 신호 측정 압력 및 인장 직물 센서의 전극을 자수 공정을 이용하여 제작할 때 전도사의 필요 물성을 파악하는 것이다. 스마트 웨어러블 제품의 전극을 전도사를 이용한 자수 공정을 통해 전극 및 회로 등을 제작하면 불필요한 재료 손실이 없고 복잡한 전극 모양이나 회로 디자인을 컴퓨터 자수기를 이용하여 추가 공정 없이 제작할 수 있다. 하지만 보통의 전도사는 자수 공정 내의 부하를 못 이기고 사절 현상이 발생하기에 본 연구에서는 silver coated multifilament yarn 3종류의 기계적 물성인 S-S curve, 두께, 꼬임 구조 등을 분석하고 동시에 자수기의 실의 부하를 측정하여 자수 공정 내 전도사의 필요 물성을 분석하였다. 실제 샘플 제작에서 S-S curve의 측정 결과가 가장 낮은 silver coated polyamide/polyester가 아닌 silver coated multifilament의 사절이 발생하였으며 그 차이는 실의 꼬임 구조와 사절이 일어난 부분을 관찰한 결과 수직으로 반복적인 부하가 일어나는 자수 공정에서 꼬임이 풀리면서 사절이 일어나는 것을 알 수 있었다. 추가적으로 압저항 압력/인장 센서를 제작하여 생체 신호 측정용 지표인 gauge factor를 측정하였으며 스마트 웨어러블 제품의 대량 생산화에 중요한 부분인 자수 전극 제작으로의 적용 가능성을 확인하였다.

본 연구의 목적은 스마트 헬스케어를 위해 접촉식 직물전극의 구조가 심장활동 신호 획득에 미치는 영향을 연구하는 것이다. 본 연구에서는 심장활동 신호 측정을 위하여 전극의 크기와 구성방식을 조작한 6종의 접촉식 직물전극을 컴퓨터 자수 방식으로 구현하였고, 이를 가슴밴드에 부착하여 응용형 리드 II(modified Lead II) 방식으로 심장활동 신호를 검출하였다. 건강한 신체의 남성 4명을 대상으로 서서 정지한 자세에서 각 직물전극을 사용하여 심장활동 신호를 검출하였으며, 모든 유형의 전극에 걸쳐 4회씩 반복측정 하였다. 심장활동 신호의 수집을 위해 BIOPAC ECG100 장비를 사용하여 1 ㎑로 샘플링하였으며, 검출된 원 신호를 대역통과 필터를 사용하여 필터링하였다. 직물전극의 구조에 따른 심장활동 신호 획득의 성능을 비교하기 위하여 신호의 파형과 크기를 파라미터로 하여 정성적 분석을 실시하였고, 각 전극을 통하여 획득된 심장활동 신호의 SPR(signal power ratio)을 산출함으로써 정량적 분석을 실시하였다. 산출된 SPR 값을 대상으로 하여 비모수 통계분석 방식의 차이검정과 사후검정을 실시함으로써 6개 전극의 구조에 따른 심장활동 신호 획득의 성능 차이를 구체적으로 분석하였다. 연구 결과 접촉식 직물전극의 구조에 따라 심장활동 신호의 품질에는 정성적, 정량적 측면에 걸쳐 모두 주요한 차이가 있는 것이 고찰되었다. 접촉식 직물전극의 구성 측면에 있어서는 입체전극이 평면전극에 비해 더 우수한 품질의 신호가 검출되는 것으로 나타났다. 한편 3가지 전극 크기에 따른 심장활동 신호 획득의 유의한 성능 차이는 발견되지 않았다. 이러한 결과는 심장활동 신호 획득을 위한 접촉식 직물전극 구조의 두 가지 요건 중 구성방식(평면/입체)이 웨어러블 헬스케어를 위한 심장활동 신호 획득의 성능에 주요한 영향을 미치는 것을 시사한다. 본 연구 결과를 기반으로 후속 연구에서는 직물전극이 일체형으로 통합된 의복형 플랫폼을 구현하고 성능 고도화 방안을 연구함으로써, 시공간의 제약 없이 고품질의 심장활동 모니터링이 가능한 스마트 의류 기술을 개발하고자 한다.

미생물전해전지(Microbial Electrolysis Cells, MECs)는 산화전극과 환원전극 사이에 적당한 전위차가 유지되도록 외부전원을 이용하여 전압을 인가함으로서 산화전극 표면에 부착 성장하는 전기적으로 활성을 가진 미생물에 의한 유기물 분해를 촉진시키고 수소나 메탄과 같은 유용물질을 생성시키는 장치이다. 따라서, 최근 미생물전해전지를 이용하여 유기성 폐수의 처리 및 에너지회수를 위한 연구들이 활발하게 진행되고 있다. 미생물전해전지의 운전과 성능에서 미치는 가장 중요한 인자 중의 한 가지는 전극이다. 지금까지 미생물전해전지 연구에 사용되어온 전극들은 대부분 전기전도성이 낮거나 부식이 문제가 된 경우가 많아 실용화에 걸림돌이 되고 있다. 여러 가지 전극재료들 중 흑연섬유직물(GFF; Graphite Fiber Fabric)은 내구성이 강하고 비표면적이 넓지만 전기전도성이 낮다는 단점이 있으며, 탄소나노튜브(Carbon Nanotube, CNT)는 전도성이 대단히 우수한 물질이지만 전극으로 성형, 가공하기 위한 제작기술이 없는 상황이다. 본 연구에서는 흑연섬유직물의 표면에 탄소나노튜브를 전기영동전착법(Electrophoretic deposition, EPD)으로 고정함으로서 내구성이 높고 비표면적과 전도성이 우수한 전극을 제작하기 위한 연구를 수행하였다. 탄소나노튜브를 흑연섬유직물의 표면에 전착시키기 위하여 먼저, 탄소나노튜브(1g)와 PEI(Polyethylenimine) 및 nickel pyrite(PEI1000-Ni500ppm, PEI500-Ni250ppm, PEI500- Ni500ppm)를 초순수 1L에 혼합한 다음 초음파를 이용하여 분산시켜 전기영동 용액을 준비하였다. 면적이 동일한 흑연섬유직물(Working Electrode: GFF)과 스텐리스망(Counter Electrode: stainless steel mesh)을 전기영동 용액에 평행하게 고정하고 두 전극 사이에 전압을 인가하여 전착시켰으며, 200℃에서 열처리를 하여 미생물전해전지용 전극을 제작하였으며, 전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)을 이용하여 흑연섬유직물의 표면에 전착된 탄소나노튜브의 상태를 확인하였다. 준비된 전극들은 1cm² 크기로 잘라 four-point법으로 저항 측정하였다. 흑연직물섬유은 저항이 0.115Ω/cm이었으나, 탄소나노튜브가 표면에 전착된 흑연섬유직물 전극의 저항은 크게 감소하였다. 특히, 탄소나노튜브 및 PEI500-Ni250ppm으로 구성된 전기영동용액으로 탄소나노튜브를 표면에 전착한 흑연섬유직물 전극은 저항이 0.006Ω/cm로서 코팅하지 않은 흑연섬유직물 보다 전기전도성이 약 20배 증가하였다. 탄소나노튜브를 전기영동법으로 흑연섬유직물의 표면에 전착한 전극은 비표면적이 넓고 부식성이 강한 고전도성의 우수한 미생물전해전지용 전극으로 사용 할 수 있을 것으로 판단된다.