&#039잡아당겨도 전도성 유지&#039 전자회로 나온다


 


구부림, 잡아당김 등 물리적 변형이 가해졌을 경우에도 전기적 특성의 변화가 없는 신축성 있는(Stretchable) 전극이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 잡아당겨도 회로를 쉽게 인쇄할 수 있는 가능성이 열린 것이다.


 


연세대 신소재공학과 정운룡 교수 연구팀은 삼성종합기술원과 공동으로 신축성 있는 전극 제작기술을 개발했다고 밝혔다. 이 제작기술은 신축성이 우수한 고무 고분자에 전기전도도가 우수한 은(Ag)나노입자를 적용한 나노섬유 복합체를 구현한 것이다.


 


신축성 있는 전자회로는 구부림을 넘어 잡아당길 수 있는 전자소자나 전자피부(e-skin, 전기적인 신호의 변화를 통해 외부 환경으로부터의 자극을 인지할 수 있도록 만든 인공 피부)를 제조하는 데 있어 가장 기본이 되는 기술이지만, 신축성과 전도성은 서로 상충되는 성질이기 때문에 그 동안 두 가지 특성을 동시에 확보하기가 어려웠다.


 



 


SBS 블록공중합체 섬유의 천에 은 전구체 용액을 스프레이 프린팅하여 제조한 패턴의 모습.
연세대 신소재공학과 정운룡 교수 연구팀


 


현재까지 개발된 신축성 전극은 잡아당기면 전도성이 불안정하거나 미세한 패턴이 어려워 실질적인 장치를 구현하는데 한계가 있었다. 또한 기존의 반도체 제조 공정을 사용하여 잡아당김이 가능한 회로를 만들고자 할 경우 대면적으로 만들기가 어렵고 제조비용이 많이 드는 문제점이 있었다.


 


정교수 연구팀은 이와 같은 문제해결을 위해, 신축성이 우수한 고무 고분자에 전기전도도가 우수한 은(Ag)나노입자를 적용한 나노섬유 복합체를 구현해 신축성 있는 전극 제작기술을 개발했다.


 


블록공중합체 고무 고분자를 전기방사법을 이용해 나노섬유로 이루어진 150미크론(μm, 1 mm의 1/1000) 두께의 천을 만들어 안정적인 신축성을 확보한 후, 여기에 ‘은전구체’ 용액으로 회로를 그려 후, 화학적인 방법으로 ‘은전구체’를 ‘은나노입자’로 바꿔주었다. 이렇게 제조된 복합체 천에는 각 고무 나노섬유 내에 은 나노입자들이 서로 연결되어 있어 금속 자체의 전기전도도를 얻을 수 있으며, 반복적인 100%(2배)의 잡아당김에도 금속물질의 전기전도성에 해당하는 전도도를 보여준다.


 


여기서 사용된 전기방사법은 주사 바늘을 통해 흘러나오는 고분자 용액에 전기장을 걸어주어 머리카락의 약 1/100에 해당하는 실을 뽑아낼 수 있는 기술로 산업화가 이루어진 대표적인 나노기술을 말한다.


 


개발된 전구체 용액의 프린팅은 스프레이, 잉크젯, 노즐 프린팅 등의 일반적인 방법을 사용할 수 있기 때문에, 저비용으로 대면적 회로의 구성이 가능하다.


 


정운룡 교수는 “이 연구는 이미 산업화가 이루어진 공정인 전기방사법과 간단한 인쇄공정을 사용하여, 넓은 면적의 신축성있는 전자회로를 저비용으로 만들어낼 수 있다는 점에서 산업체 생산라인에도 쉽게 접목이 가능하다”며 “앞으로 본 연구에서 얻은 신축성있는 회로 제조 기술을 기반으로 입을 수 있는 전자소자, 섬유형태의 전자제품, 전자 피부 (e-Skin) 및 센서 등의 개발할 수 있을 것으로 기대한다”고 연구의의를 밝혔다.


 


한편, 이번 연구결과는 세계 최고 권위의 과학전문지인 네이처 나노테크놀러지(Nature Nanotechnology) 11월호(11월 26일자 온라인)에 게재됐다.


 


 


 


윤수영 사이언스올 편집위원