사이언티픽 리포트 10일자 온라인 게재
웨어러블 기기 등 폭넓은 활용 기대

신축성 전극 핵심기술을 개발한 서울대 전기·정보공학부 이신두 교수 연구팀의 이신두 교수와 강수지 박사과정 연구원 (사진=서울대 공대 제공)
신축성 전극 핵심기술을 개발한 서울대 전기·정보공학부 이신두 교수 연구팀의 이신두 교수와 강수지 박사과정 연구원 (사진=서울대 공대 제공)

[한국대학신문 박대호 기자] 서울대학교 전기·정보공학부 이신두 교수팀이 휘고 늘리고 비틀어도 전기적 성능이 변하지 않는 고해상도 신축성 전극 핵심기술을 개발했다. 폴더블 스마트폰 등 신축성 웨어러블 기기에서 요구하는 기술적 난제 등을 해결하는 데 도움이 될 것으로 기대를 모은다. 

서울대 공과대학(학장 차국헌)은 강수지 박사과정학생, 이보연 박사, 이신형 박사로 구성된 이신두 교수 연구팀이 전도성 고분자 기반 신축성 전극의 핵심 기술을 개발했다고 10일 밝혔다. 

웨어러블 응용 분야에서 다양한 탄성 변형에 대해 전기적 성능을 균일하게 유지하고, 높은 안정성과 재현성을 가지는 신축성 미세 전극 어레이는 핵심요소다. 하지만 지금까지는 근본적 한계가 존재했다. 전도성 고분자의 경우 신축성 기판 자체의 소수성으로 인해 높은 패턴 정확도와 수십 마이크로미터 너비의 해상도를 가지는 전극 어레이를 제작해야 한다는 점 때문이다. 

이 교수팀은 이를 극복하기 위해 세계 최초로 기판 표면에서의 방향성 젖음 국지화(directional wetting localization) 개념을 제안했다. 이를 통해 기판의 표면 에너지를 증가시키고, 기판과 용액 사이의 에너지 차이와 방향성 젖음을 원하는 수준으로 조절해 높은 패턴 정확도를 가지는 신축성 전극 어레이를 개발했다. 

이번에 개발한 신축성 전극 어레이는 패턴 모양에 무관하게 균일하고 안정한 전기적 특성을 보였다. 인간 관절의 평균적 운동 범위인 40 % 수준의 인장률 변형에서도 전기적 특성이 우수하게 유지됐다. 용액 공정으로 신축성 전극 위에 제작된 유기 고분자 발광 다이오드는 반복적인 인장 변형에 대해 안정적인 발광 특성을 보이기도 했다. 

이번 연구결과는 특히 웨어러블 기기 등에서 유용할 것으로 전망된다. 전도성 고분자 기반의 고해상도 신축성 전극 핵심기술은 다양한 형태(form factor)의 차세대 디스플레이, 웨어러블 전자소자 및 센서 등의 개발에 크게 기여할 수 있기 때문이다.

공대 관계자는 “최근 폴더블 스마트폰 등에 세계적인 관심이 집중되고 있다. 유연성을 넘어 신축성 웨어러블 기기 등에 사용되는 전자회로·센서·소자 등을 제작하거나 집적하는데 요구되는 신축성 전극의 해상도, 성능 재현성과 신뢰성의 기술적 난제를 해결할 수 있게 됐다”고 설명했다. 

이번 연구는 서울대 정보기술사업단 BK21플러스사업과 ㈜삼성디스플레이의 지원을 받아 실시됐다. 연구 결과는 네이쳐 자매지인 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’에 9월 10일자로 온라인 게재됐다. 

손가락에 부착해 비틀거나 늘린 상태의 신축성 전극으로 연결된 10개의 적색 LED 발광 모습 (사진=서울대 공대 제공)
손가락에 부착해 비틀거나 늘린 상태의 신축성 전극으로 연결된 10개의 적색 LED 발광 모습 (사진=서울대 공대 제공)
저작권자 © 한국대학신문 무단전재 및 재배포 금지