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소리를 검출하고 발생하는 섬유
소리를 검출하고 발생하는 섬유를 발표한 MIT 연구진 덕분에 기능성 섬유에 대한 연구가 비약적으로 발전하게 되었다.
미국 MIT의 요엘 핑크(Yoel Fink)와 동료들이 기능성 섬유의 발전 과정에서 새로운 이정표를 세웠다. 그것은 소리를 검출하고 발생하는 섬유이다. 이 섬유는 자체적으로 민감한 마이크가 되는 의류, 대화를 기록하거나 신체기능을 감시하는 의류, 그리고 모세관의 혈류나 뇌압을 측정할 수 있는 아주 작은 필라멘트 등에 응용될 수 있다. 평범한 광섬유는 단일 재료로 이루어진 큰 원통 형태의 모재로부터 만들어진다. 이 모재가 가열되면서 잡아당겨진 후 냉각되면 광섬유가 된다. 그것과는 대조적으로, 핑크 연구팀이 개발한 섬유는 서로 다른 다수의 재료들이 기하학적으로 정교하게 배치됨으로써 기능성이 만들어진다. 이러한 배치는 가열 및 인출 과정에서도 유지된다.
이번 새 음향섬유의 핵심부는 마이크에 흔히 사용되는 플라스틱이다. 플라스틱의 플루오르 함량을 조절함으로써, 연구진은 가열과 인출과정에서도 플루오르 원자들은 한쪽에 정렬되고 수소 원자들은 반대쪽에 정렬되는 비대칭적인 형태로 플라스틱 분자들이 유지되도록 보장할 수 있었다. 분자들의 이러한 비대칭성 때문에, 플라스틱은 압전 특성을 갖게 된다. 즉 전기장이 인가되면 형태가 변한다.
재래식 압전 마이크에서는 금속전극에 의해서 전기장이 발생된다. 그러나 섬유 마이크에서는 인출과정에서 금속전극들이 자신의 형태를 잃어버린다. 그래서 연구진은 흑연을 포함하고 있는 전도성 플라스틱을 그 대신 사용했다. 전도성 플라스틱은 가열되었을 때 금속보다 더 높은 점성을 유지한다. 그 결과 재료의 혼합이 방지될 뿐만 아니라, 균형 잡힌 두께를 가진 섬유가 되는 데에도 큰 도움이 된다. 섬유가 인출된 후, 연구진은 강력한 전기장을 이용함으로써 모든 압전 분자들이 동일한 방향으로 정렬되도록 만들었다. 제조과정에서 섬세한 균형이 요구됨에도 불구하고, 연구진은 실험실 환경에서 기능성 섬유를 제조할 수 있었다.
“이 섬유의 소리를 실제로 들을 수 있다. 전원공급장치에 연결한 뒤 정현파 전류를 인가하면 섬유는 진동한다. 그리고 가정주파수에서 진동시키고 귀 가까이에 대면, 섬유에서 나오는 여러 가지 음색과 소리를 들을 수 있다.”라고 재료과학과 대학원생 노에미 쇼캇(Noemie Chocat)은 말했다. 연구진은 ‘Nature` 논문에서 이 섬유의 음향 특성을 엄격하게 측정하여 상세히 설명했다. 공기보다는 물이 소리를 더 잘 전파시키기 때문에, 연구진은 섬유를 수조 속에서 일반적인 음향변환기의 맞은편에 놓았다. 음향변환기가 음파를 방출하면 섬유가 검출하고 섬유가 음파를 방출하면 음향변환기가 검출할 수 있었다.
궁극적으로는 이번 실험용 섬유의 특성을 단일모드광섬유에 결합시키는 것이 연구진의 목표다. 예를 들어, 강력한 진동은 반사하는 광섬유의 광학적 특성을 변화시킬 수 있을 것이며, 그 결과 직물이 광학적으로 통신하도록 만들 수 있을 것이다.
※출처: 해외과학기술동향 GTB
http://optics.org/cws/article/research/43170
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