전사인쇄 기술 개발···나노섬모 구조체로 접착률 높여
사물인터넷, 생체 신호 수집, 환경 정보 수집에 활용 가능

"사물 인터넷 시대로 의복, 가구, 신체 등에서 정보 교환이 중요해졌습니다. 직접 공정이 힘든 표면에 전사 인쇄로 전자소자를 입혔습니다."

고흥조 GIST 신소재공학부 교수 연구팀은 3일 과학기술정보통신부에서 열린 브리핑에서 정건영 교수팀과 울퉁불퉁한 표면에도 전자소자를 붙이도록 개발한 전사(轉寫)인쇄 기술 개발 성과를 소개했다. 

고 교수는 "개발한 나노 섬모 구조체를 활용해 돌멩이와 같은 표면에도 부착해 활용할 수 있다"면서 "계란 표면도 파괴하지 않고, 튜브형 나노 섬모가 있는 온도 센서를 부착해 온도를 실시간으로 모니터링할 수 있다"고 설명했다. 

자연물을 비롯한 대부분의 사물 표면은 대체로 평평하지 않다. 따라서 고성능·고집적 전자소자를 제작하거나 붙이기 어렵다. 돌멩이나 나뭇잎, 계란 껍데기나 생체친화적 물체에 전자소자를 붙일 때는 화학물질 사용도 최소화해야 한다.  

이에 고 교수팀은 울퉁불퉁한 표면에도 자유롭게 붙일 수 있는 전자소자를 위해 기판 아랫면에 튜브형 나노 섬모 구조체를 도입했다.

튜브형 나노 섬모는 전사인쇄 후 표면 굴곡에 맞춰 납작하게 달라붙는 특징이 있어 넓은 접촉 면적을 만들며, 전자소자와 표면 사이 접착력을 높인다. 소자 주변에 '필름형 마이크로 섬모와 튜브형 나노 섬모로 이뤄진 계층 구조'를 형성했다. 이는 더 다양한 표면에 전사인쇄를 가능케 한다.  

튜브형 폴리이미드 나노 섬모는 고흥조 교수팀과 정건영 교수팀이 양극 산화 알루미늄을 틀로 사용해 형성됐다 

마이크로·나노 섬모 계층 구조는 일정한 무늬로 양극산화가 이뤄진 다공성 양극산화 알루미늄을 틀로 사용해 제작했다. 이 구조가 있는 폴리이미드 박막 기판에 고성능 전자소자를 장착한 후 전사인쇄 공정을 진행하면 울퉁불퉁한 표면에 전자소자를 친환경적․생체친화적으로 붙일 수 있다.

실생활에서는 계란 껍데기에 온도센서를 붙여 신선도를 파악하거나, 자연환경을 모니터링하는 센서를 돌멩이에 부착해 활용할 수 있다. 고 교수팀은 단순 부착 기능에 이어 내부 전기신호까지 전달할 수 있는 시스템 개발도 준비하고 있다. 

고 교수는 "고성능 전사소자를 계란이나 돌멩이 등 다양한 표면에 접착 가능케 하는 기술"이라며 "농축산물 영양 정보 수집, 사물 인터넷, 환경 정보 빅데이터 수집, 생체 신호 수집등에 활용가능할 것"이라고 기대했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 개인기초연구(중견연구자지원사업)와 GIST 개발사업의 지원을 받았다. 연구 성과는 나노과학 분야 국제학술지인 'ACS Nano'에 3일자 온라인으로 게재됐다. 

튜브형 나노 섬모가 있는 폴리이미드 필름을 종이, 나뭇잎, 계란, 면직물, 나뭇가지, 나무껍질 등 다양한 울퉁불퉁한 표면에 접착한 이미지.<사진=GIST 제공>
튜브형 나노 섬모가 있는 폴리이미드 필름을 종이, 나뭇잎, 계란, 면직물, 나뭇가지, 나무껍질 등 다양한 울퉁불퉁한 표면에 접착한 이미지.<사진=GIST 제공>
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