국내 연구진, 다양한 표면 위에 구현 가능한 플렉서블 센서기술 개발

김진수 / 기사승인 : 2019-06-19 09:06:26
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KIST 이현정 박사 연구팀, 나노메쉬 전극 전사 프린팅 기술 구현
KIST 스핀융합연구단 연구원이 개발한 전사프린팅 기술로 실험용 장갑 위에 고성능 센서를 구현해 손가락 움직임을 감지하는 실험을 하는 모습 [사진=KIST]

[IT비즈뉴스 김진수 기자] 스마트워치와 피트니스밴드와 같은 디지털 헬스케어·웨어러블 단말에 대한 관심이 늘면서 관련 제품들도 다양화되고 있다.


착용하는 형태의 웨어러블 단말에서 피부에 붙이는 패치 형태의 웨어러블 기술로 영역이 확장되면서 고성능 센서를 다양한 형태와 종류의 기판에 구현하는 고수준의 전사프린팅(Transfer-Printing) 기술이 요구되는 가운데, 국내 연구진이 유연기판 위에서 구현 가능한 전사프린팅 기술 개발에 성공했다.


한국과학기술연구원(KIST)은 스핀융합연구단 이현정 박사팀이 하이드로젤과 나노잉크 소재를 이용해 다양한 형태와 구조의 유연기판에 고성능 센서를 손쉽게 만들 수 있는 전사프린팅(Transfer-Printing) 기술 개발에 성공했다고 밝혔다.


전사프린팅 공정은 피부에 붙였다 떼면 그림이 옮겨지는 스티커처럼 프린트할 제품을 미리 만들어놓고 옮길 수 있는 공정이다. 열적이나 화학적으로 취약한 기판 위에 소자를 생성하는 기술로 공정상의 어려움을 피할 수 있어 플렉서블 소자 제조에 활용되고 있으나 평평한 기판에만 적용이 가능한 한계점으로 지적돼 왔다.


KIST 연구진은 다양한 표면 거칠기와 특성을 지닌 유연기판 위에 고성능 센서를 형성할 수 있는 쉽고 간단한 전사 프린팅 공정기술을 개발했다.


연구진에 따르면 하이드로젤 소재가 다공성이면서 친수성인 점에 착안해 수용액 기반 나노소재 잉크를 기판 형태로 굳힌 하이드로젤 표면에 인쇄하면 인쇄된 잉크 중 계면활성제와 물은 하이드로젤의 구멍을 통해 빠르게 빠져나가고 구멍보다 크면서 소수성 특성을 지닌 나노 소재만 하이드로젤 표면에 남겨 원하는 패턴의 전극을 형성했다.


이때 프린팅 되는 나노잉크의 양이 적어 전극 형성속도가 매우 빨라 나노전극의 구조가 균일하며 순도가 높아 전기적 특성이 뛰어났다. 연구진은 나노 소재의 소수성 특성으로 인해 하이드로젤과의 상호 작용력이 매우 낮아 전극이 다양한 기판에 손쉽게 전사되는 것을 확인했고 설명했다.


(왼쪽부터) KIST 강태형 박사후 연구원(제1저자), KIST 이현정 책임연구원(교신저자)

특히 몰딩이 가능한 고분자 용액을 하이드로젤 상에서 굳히는 방법을 통해서 나노전극을 전사하는 기술을 개발, 거친 표면을 지닌 유연기판 상에도 손쉽게 유연 전극을 형성하는 데 성공했다.


나노 전극을 실험용 장갑 상에 바로 전사하고 손가락의 움직임을 감지할 수 있는 변형 센서를 제작하고 맥박을 측정할 수 있는 고성능 유연 압력 센서도 구현했다고 덧붙였다.


KIST 이현정 박사는 “이번 성과는 고성능 유연 센서를 다양한 특성과 구조를 지닌 기판에 손쉽게 구현하는 새로운 방법을 제시한 것으로 디지털 헬스케어, 지능형 인간-기계 인터페이스, 의공학, 차세대 전자소자 분야 등 유연기판이나 비전통적 기판 소재 위에 집적화된 고성능 소자 구현을 필요로 하는 다양한 분야에 활용 가능할 것으로 기대한다”고 소감을 밝혔다.


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