10배까지 늘어나도 전기적 성질 유지하는 높은 신축성, 전도성 지녀
[테크월드뉴스=서유덕 기자] 과학기술정보통신부와 기초과학연구원(IBS) 나노입자연구단은 고전도성 나노박막 전극 소재를 개발했다고 27일 밝혔다.
현택환 나노입자연구단장과 김대형 부연구단장은 이번 연구에서 ‘수상 정렬 방법(Float assembly method)’을 통해 기존에는 구현이 어려웠던 높은 전도성, 나노미터(㎚) 단위의 두께, 우수한 신축성을 보이는 고성능 나노박막 전극을 제조했다.
고성능 나노박막 전극은 금속만큼 전기가 잘 통하면서도, 머리카락 두께의 1/300(250㎚)만큼 얇고, 높은 신축성을 지녀 피부 부착형 웨어러블 디바이스의 핵심 부품으로 응용될 것으로 기대된다.
피부 부착형 웨어러블 디바이스는 기계적 물성이 피부의 물성과 비슷한 특성을 가져야 한다. 따라서 디바이스의 핵심 부품인 전극은 우수한 신축성, 높은 전기 전도성, 얇은 두께는 물론 고해상도 패터닝도 가능해야 한다. 이번 연구로 개발된 ‘수상 정렬 방법’을 통해, 피부의 물성과 비슷한 전극을 만드는 것이 비로소 가능해졌다.
이렇게 합성된 나노박막 전극의 전기 전도도는 10만S/㎝로 금속과 유사한 수준이며, 원래 길이의 10배까지 늘어나도 기계적 결함 없이 전기적 성질이 유지된다. 또한, 연구진은 반도체 미세공정에 활용되는 자외선 포토리소그래피(빛에 반응하는 고분자를 이용해 기판에 원하는 회로나 모양을 식각하는 행위)를 이용한 선폭 20㎛ 고해상도 패터닝에도 성공했다. 이는 나노박막 전극을 원하는 형태로 재단해 다양한 전자소자로 만들 수 있음을 의미한다.
연구진은 나노박막 전극을 이용해 피부 부착형 다기능 적층 디바이스를 개발했고, 피부에서 근전도, 습도, 온도, 인장력 등 다양한 생체신호를 동시에 모니터링 할 수 있음을 증명했다.
김대형 부연구단장은 “고성능 신축성 나노전극은 차세대 웨어러블 디바이스들에 광범위하게 이용돼 이 분야의 발전에 크게 기여할 것”이라고 말했고, 현택환 단장은 “이 ‘수상 정렬 방법’은 금속 전도체 나노소재 뿐만 아니라 반도체, 자성체 등의 여러 종류의 나노소재들과 고무를 조합할 수 있기 때문에, 다양한 고기능성 신축성 나노소재로 개발 될 것”이라고 소감을 전했다.
이번 연구 결과는 국제과학학술지인 사이언스에 우리시간 27일 게재됐다.
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