KIST(한국과학기술연구원·원장 이병권)는 홍재민 전북분원 복합소재기술연구소 박사 연구팀이 하이드로겔-고무 복합소재와 은 전극을 결합해 고신축 전극을 개발했다고 30일 밝혔다.

연구팀이 개발한 고신축 전극은 최대 18.8배까지 늘어나도 성능을 유지해 복합소재 연구계의 주목을 받고 있다.

유연성 전극은 변형됨에 따라 전기적 특성을 얼마나 유지하느냐가 중요하다. 전기적 특성에 유리한 금속 물질을 유연하게 만들기 위한 연구가 많이 보고되고 있다.

유연소자 기본 핵심인 유연전극을 만드는 방법 중에서 프린팅 기법은 비용적인 측면에서 각광받는 기술이다.

프린팅 기법에 사용되는 잉크는 유연 전극을 형성해 늘어나도 성능을 유지해야 하므로 금속 마이크로 입자에 잘 늘어나는 고분자를 섞어서 잉크 형태로 만든다.

또 전기 전도성을 유지하기 위해 은, 금 같은 금속물질을 이용한 복합체를 함께 사용하게 된다.

일반적으로 프린팅이 가능한 유연성 전극들은 실리콘 계열의 신축성 고무 기반 위에서 만들어진다. 그러나 피부나 여러 인체 조직들보다는 변형률이 낮아 착용감이 좋지 않은 단점을 가지고 있다.

연구팀은 변형률이 높으면서 피부와 유사한 질감을 가지는 하이드로겔 소재에 주목했다. 기존의 일반적인 방식으로는 하이드로겔 위에 은과 같은 금속기반의 물질을 프린팅하는 것이 불가능하므로 하이드로겔 위에 고무를 얇게 코팅해 은 잉크를 결합하는 방법을 개발했다.

표면처리 기법을 이용해 고무를 머리카락 두께의 반 정도인 30마이크로미터의 두께로 만든 하이드로겔-고무 복합체 위에 프린팅 기술을 적용했다.

이번에 개발된 고신축 전극은 사용자가 원하는 패턴으로 프린팅할 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 있다.

또 기존 유연 전극들의 세계 최고 기록은 5~6배 정도였으나, 연구팀이 개발한 은 잉크 고신축 전극은 기존 대비 18.8배 늘어나는 성능을 보였다. 이는 현재까지 보고된 유연전극 중 세계 최고 기록이다.

홍재민 박사는 "향후 이 기술은 전자 피부와 부착형 의료기기 등 다양한 분야에 접목돼 웨어러블 기기와 소프트 로봇 혁신에 기여할 것"이라고 말했다.

한편, 이번 연구결과는 재료 과학 분야 국제 학술지인 'Advanced Materials’(IF: 19.791, JCR 랭킹 상위 1.027%)'에 게재됐다.