심하게 구부리거나 충격을 가해도 높은 기계적 안정성을 유지할 수 있는 하이브리드 고분자 기반 신축성 전자장치가 개발됐다. 웨어러블과 헬스케어 등 다양한 산업분야에 응용가능한 기술로 평가받는다.
대구경북과학기술원(DGIST)은 장경인 로봇및기계전자공학과 교수팀이 박태호 포스텍(POSTECH) 화학공학과 교수팀과 함께 기존 무기 재료의 기계적 한계를 극복하고, 전자장치의 신축성과 내구성을 향상시킨 고안정성 신축성 전자장치 개발에 성공했다고 31일 밝혔다.
신축성 있는 전자소자는 디스플레이, 웨어러블, 헬스케어 등 다양한 분야에 적용 가능한 유망 기술이다. 하지만, 변형이나 외부 충격시 전기적 기능을 안정적으로 유지하기 어렵다. 공동연구팀은 신축성 하이브리드 고분자를 개발하고, 새로운 변형 격리 전략을 도입해 고효율의 신축성 무기 전자장치와 통합으로 변형이나 외부 충격에서도 안정적으로 구동할 수 있는 새로운 신축성 전자장치를 개발했다.
연구팀이 개발한 신축성 하이브리드 고분자는 상호침투 고분자 가교 결합(IPN)을 통해 만들었다. 두 개 이상의 고분자가 물리·화학적으로 교차 결합해 형성된 3D 고분자 구조로, 각 고분자의 특성을 유지하면서도 서로를 보강하는데, 고분자 간의 물리적 얽힘을 유도해 우수한 기계적 인터페이스를 형성함으로써 변형 시에도 높은 안정성과 성능을 유지한다. 연구팀은 서로 다른 탄성 계수를 갖는 실리콘 기반 고분자인 'PDMS'와 폴리우레탄(PU)을 활용해 신축성 하이브리드 고분자를 제작했다.
이후 제작된 신축성 고분자를 이용해 기판을 구성하고, 고효율 신축성 전자소자와 결합해 신축성 전자장치를 완성했다. 새로 제작한 전자장치는 늘리거나 구부러지는 현상이 발생할 때 한 지점에 집중되어 발생하는 변형을 분산시켜 변형에 따른 기기의 부담을 줄여줘 높은 기계적 안정성을 유지할 수 있도록 설계됐다. 이를 통해 기존 스트레쳐블 전자기기(Stretchable Electronics)에서 발생할 수 있는 물리적 손상이나 성능 저하를 크게 줄여주게 된다.
장경인 교수는 “검증을 통해 신축성 마이크로 발광 소자, 히터와 같은 응용을 통해 시스템의 안정성을 확인했다. 향후 연구 내용을 더 발전시켜 신축성 디스플레이 산업뿐만 아니라 헬스케어, 웨어러블 산업 등 다양한 분야에서 활용될 수 있는 기술로 발전시키겠다”고 밝혔다.
이번 연구 결과는 최근 나노과학 분야의 저명 국제 학술지인 'ACS Nano'에 온라인 게재됐다.
대구=정재훈 기자 jhoon@etnews.com
