세계 최고 수준 신축성 전극 개발
대면적 3차원 나노 패터닝 기술
교육과학기술부는 글로벌프론티어 소프트일렉트로닉스 연구단의 KAIST(한국과학기술원) 전석우·김도경 교수팀이 미국 노스웨스턴대·일리노이대 공동연구팀과 협력해 고신축성 차세대 유연전자소자 원천기술을 개발했다고 3일 밝혔다.
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| ▲ 대면적의 3차원 정렬 나노 기공구조(왼쪽 하단)로 제작된 재료가 왼쪽 상단 사진에서 신축성을 보이고 있다. 오른쪽은 나노 네트워크 구조의 신축성 증대 모식도. |
입을 수 있는 컴퓨터(wearable computer), 유연한 디스플레이(flexible display) 등과 같은 기술이 실현되려면 유연전자소자의 신축성을 전기 전도도 저하없이 늘릴 수 있어야 한다. 쉽게 접고 구부릴 수 있으면서도 전도 특성을 유지해야 하는 것이다.
기존에는 소자의 신축성을 늘리기 위해 아코디언이 늘었다 줄었다 하는 것처럼 재료에 미리 주름을 주거나, 변형에 순응할 수 있도록 2차원 평면 기공(pore) 구조를 만들었다. 그러나 이런 방법으로는 신축성이 좋지도 않고 전기 전도도가 낮아지는 한계가 있었다.
이번 연구팀은 220% 늘어난 상황에서도 전기 전도성의 변화없이 LED(발광다이오드) 램프를 성공적으로 구동하는 전극을 개발하는데 성공했다.
연구팀은 먼저 1X1인치의 대면적에 10마이크론(머리카락 굵기의 10분의 1) 두께의 3차원 정렬 나노 기공구조를 제작했다. 이 구조를 주형으로 나노 기공에 탄성중합체를 침투시킨 뒤 주형을 제거하는 방식으로 3차원 나노 네트워크 소재를 만들었다.
이렇게 제작된 소재의 기공구조는 서로 완벽한 정렬 상태로 잘 연결돼 있고, 이 연결된 기공에 액체상의 전도성 물질을 주입하고 봉합하면 외부의 응력에 의한 큰 변형에도 높은 전도도를 유지할 수 있었다.
전석우 교수는 "차세대 전자소자인 유연소자 분야에서 국내 기술로 세계 최고 수준의 신축성 전극을 개발했다"며 "앞으로 한국이 유연소자 개발에서 기술 우위를 선점할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.
이번 연구결과는 네이처 자매지인 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)' 온라인판에 지난달 26일 게재됐다.
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| ▲ (왼쪽) 3차원 나노 네트워크 소재 내부에 액체상의 전도성 물질을 침투시켜 제작한 고신축성 전도체와 LED연결 모식도. (오른쪽) 고신축성 전도체를 활용해 고유 인장 한계치를 넘어 220% 늘려도 정상 작동하는 LED 구동 모습. |
 저작권자 2012.07.04 ⓒ ScienceTimes |
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