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휘어지는 기판을 센서로...‘판박이 스티커’ 닮은 전극

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휘어지는 기판을 센서로...‘판박이 스티커’ 닮은 전극

2019.06.18 15:55
KIST 스핀융합연구단 연구원이 개발한 전사 프린팅 기술로 하이드로젤(하단) 위의 전극을 PET 필름(상단)에 손쉽게 옮기고 있다. 사진제공 KIST
KIST 스핀융합연구단 연구원이 개발한 전사 프린팅 기술로 하이드로젤(하단) 위의 전극을 PET 필름(상단)에 손쉽게 옮기고 있다. 사진제공 KIST

국내 연구진이 휘어지거나 울툴불퉁한 기판을 이용해 고성능 센서를 만들 수 있는 소자 제조 공정을 개발했다. 입는 전자기기 등 차세대 전자기기를 만들 때 도움이 될 것으로 기대된다.


한국과학기술연구원(KIST)은 이현정 스핀융합연구단 책임연구원과 강태형 연구원팀이 다양한 표면 거칠기를 지닌 휘어지는 기판 위에 휘어지는 센서를 만들 수 있는 쉽고 간단한 공정 기술을 개발했다고 18일 밝혔다.


이 책임연구원팀은 다른 곳에서 먼저 전극을 만든 뒤, 원하는 기판 위에 이 전극을 옮기는 기술인 ‘전사 프린팅’ 공정을 활용했다. 마치 미리 그림을 그린 뒤 ‘판박이 스티커’를 이용해 피부 위에 옮기는 것과 비슷하다. 전사 프린팅 공정은 기존에도 널리 이용됐지만, 최종 기판이 평평할 때에만 활용할 수 있어 한계가 많았다.


연구팀은 내부에 미세한 구멍이 많고 물과 잘 결합하는 하이드로젤을 이용했다. 하이드로젤을 기판의 형태로 굳힌 뒤, 나노 소재 잉크를 표면에 인쇄했다. 그러자 인쇄된 잉크에 포함된 계면활성제와 물이 하이드로젤의 구멍을 통해 빠져나가고 물과 잘 결합하지 않으면서 구멍보다 크기가 큰 소재가 하이드로젤 표면에 남아 얇은 전극을 형성한다는 사실을 발견했다. 물과 검은 기름을 섞은 뒤 종이에 떨어뜨려 물만 흡수시키면 기름이 남아 표면에 얇게 검은 무늬를 그리는 것과 비슷하다.

 

표면에 남은 나노소재 잉크의 특성을 분석한 결과, 전극 형성 속도가 빨라 구조가 균일하고 순도가 높아 전기를 전달하는 특성 등이 뛰어난 것으로 나타났다. 또 쉽게 떼어내 원하는 기판에 옮길 수 있다는 특성도 파악됐다. 판박이가 쉽게 되는 것이다. 연구팀은 이 방법을 이용해 실험용 장갑에 나노전극을 붙이고, 맥박과 손가락 움직임을 감지하는 센서 두 가지를 작동시키는 실험에도 성공했다.

 

KIST 스핀융합연구단 연구원이 개발한 전사 프린팅 기술로 실험용 장갑 위에 고성능 센서를 구현하여 손가락 움직임을 감지하는 실험을 하고 있다. 사진제공 KIST
KIST 스핀융합연구단 연구원이 개발한 전사 프린팅 기술로 실험용 장갑 위에 고성능 센서를 구현하여 손가락 움직임을 감지하는 실험을 하고 있다. 사진제공 KIST

이현정 책임연구원은 “고성능 유연 센서를 다양한 특성과 구조를 지닌 기판에 손쉽게 구현하는 새로운 방법을 제시했다”며 “디지털 헬스케어, 지능형 인간-기계 인터페이스, 의공학, 차세대 전자소자 등 휘어지는 기판에 고성능 소자를 집적해야 하는 다양한 분야에 활용될 수 있을 것”이라고 말했다. 연구 결과는 나노 분야 국제학술지 ‘나노레터스’ 5월 22일자에 발표됐다.
 

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