[아이뉴스24 김문기 기자] 국내 연구진이 변형이 자유자재로 가능한 유연성 전극(전도체) 개발에 성공했다.
4차산업혁명 시대에는 구부리거나 늘릴 수 있는 전자기기들이 쏟아져 나올 것으로 예상됨에 따라 이 같은 기술이 핵심으로 주목받고 있다.
특히 차세대 웨어러블 전자장치의 기반이 될 전자피부 역시 피부에 부착돼 사용되기 때문에 유연성과 부착성, 착용감이 매우 중요하다는 점에서 이 같은 전극 개발에 따른 효과도 기대된다.
한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원 복합소재기술연구소(분원장 홍재민) 홍재민 박사팀은 하이드로겔-고무 복합소재와 은(Ag) 전극을 결합한 고신축 전극을 개발했다고 30일 발표했다.
이 전극은 최대 18.8배까지 늘어나도 성능을 유지, 세계 최고 성능을 기록해 복합소재 연구계 관심이 집중될 전망이다.
실제로 유연성 전극은 변형에 따라 전기적 특성을 얼마나 유지하느냐가 관건. 이 같은 전기적 특성에 유리한 금속 물질을 유연하게 만들기 위한 연구 역시 잇따르고 있다.
이 중 유연소자의 기본 핵심인 유연전극을 만드는 방법으로 프린팅 기법의 경우 비용적인 측면에서 가장 각광받는 기술의 하나다.
프린팅 기법에 사용되는 잉크는 유연 전극을 형성해 늘어나도 성능을 유지해야 하므로, 금속 마이크로 입자에 잘 늘어나는 고분자를 섞어서 잉크 형태로 만든다. 또한, 전기 전도성을 유지하기 위해 은(Ag), 금(Au) 같은 금속물질을 이용한 복합체를 함께 사용하게 된다.
일반적으로 프린팅이 가능한 유연성 전극들은 PDMS(polydimethylsiloxane)와 같은 실리콘 계열의 신축성 고무 기반 위에서 만들어진다. 다만 피부나 여러 인체 조직들보다는 변형률이 낮아 착용감이 좋지 않은 단점이 있었다.
이에 따라 연구진은 변형률이 높으면서 피부와 유사한 질감을 갖는 하이드로겔 소재에 주목했다. 특히 기존 방식으로는 하이드로겔 위에 은(Ag)과 같은 금속기반 물질을 프린팅하는 게 불가능해 하이드로겔 위에 고무를 얇게 코팅해 은(Ag) 잉크를 결합하는 방법을 개발했다.
표면처리 기법을 이용해 고무(ECOFLEX)를 머리카락 두께의 반 정도인 30마이크로미터(μm) 두께로 만든 하이드로겔-고무 복합체 위에 프린팅 기술을 적용, 고신축 전극을 제작한 것.
이번에 개발된 고신축 전극은 사용자가 원하는 패턴으로 프린팅 할 수 있어 대면적 회로형성에도 유리하다. 기존과 다르게 변형률이 매우 높은 고신축 기판 위에 만들어졌기 때문에 인체에 부착하는 전자 피부로 사용할 경우 훨씬 더 편안한 착용감을 줄 수 있다는 장점이 있다는 게 연구진 설명이다.
기존 유연 전극들의 세계 최고 기록은 5~6배 정도였으나, 연구진이 개발한 은(Ag) 잉크 고신축 전극은 기존 대비 18.8배 늘어나는 성능을 보였다. 이는 현재까지 보고된 유연전극 중 세계 최고다.
홍재민 KIST 박사(전북분원장)는 "향후 이 기술은 전자 피부와 부착형 의료기기 등 다양한 분야에 접목돼 웨어러블 기기와 소프트 로봇 혁신에 기여할 것으로 전망된다"고 말했다.
김문기기자 moon@inews24.com
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