정운룡 연세대 교수·삼성종기원 공동연구…신축성있는 전극 제작기술 개발

구부리거나 잡아당기는 등 물리적 변형이 가해져도 전기적 특성의 변화가 없는 신축성 있는 전극이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 교육과학기술부와 한국연구재단은 정운룡 연세대 신소재공학과 교수 연구팀과 삼성종합기술원이 공동으로 신축성이 우수한 고무 고분자에 전기전도도가 우수한 은(Ag) 나노입자를 적용한 나노섬유 복합체를 구현, 신축성 있는 전극 제작기술을 개발했다고 29일 밝혔다.

신축성 있는 전자회로는 구부리거나 잡아당길 수 있는 전자소자나 전자피부를 제조하기 위한 가장 기본이 되는 기술이지만, 서로 상충되는 신축성과 전도성을 동시에 확보하는데 많은 어려움을 겪어왔다.

이에 따라 지금까지 개발된 신축성 전극은 잡아당김이 가능한 재료에 코팅된 탄소나노섬유(CNT), 금속 나노선, 전도성 입자 등을 포함한 탄성체 물질이나 액체 금속이 포함된 고무 등에서 시도되었는데 이러한 물질은 잡아당기면 전도성이 불안정해 실질적인 디바이스에 적용하는데 한계가 있었다.

정 교수 연구팀은 신축성이 좋은 고무 고분자에 전기전도도가 우수한 은 나노입자를 적용, 신축성 있는 전극 제작기술을 개발하는데 성공했다. 연구팀은 블록공중합체 고무 고분자에 전기방사법을 이용해 나노섬유로 이루어진 150미크론(μm, 1mm의 1000분의 1) 두께의 천을 만들어 안정적인 신축성을 확보했다.

여기에 은 전구체 용액으로 회로를 그린 후, 화학적인 방법으로 은 전구체를 은 나노입자로 바꿔줬다. 이렇게 제조된 복합체 천에는 각 고무 나노섬유 내에 은 나노입자들이 서로 연결돼 있어 금속 자체의 전기전도도를 얻을 수 있었으며, 특히 반복적으로 잡아당겨도 금속물질의 전기전도성에 해당하는 전도도를 보였다고 연구팀은 설명했다.

정 교수는 "이번 연구 결과는 이미 산업화가 이루어진 전기방사법과 간단한 인쇄공정을 사용해 넓은 면적의 신축성있는 전자회로를 저비용으로 만들어낼 수 있다는 점에서 산업체 생산라인에도 쉽게 접목이 가능하다"며 "이번 연구를 바탕으로 입을 수 있는 전자소자, 섬유형태의 전자제품, 전자 피부, 센서 등을 개발할 수 있을 것"이라고 밝혔다.

한편 이번 연구는 교과부와 연구재단이 추진하는 세계수준의 연구중심대학육성사업(WCU)과 우수연구센터(ERC), 글로벌프론티어사업의 지원으로 수행됐으며, 연구결과는 세계 최고 권위의 과학전문지인 네이처 나노테크놀러지(Nature Nanotechnology) 11월호에 게재됐다.

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