옷과 돌멩이에 달라붙는 전자소자 개발

▲ 고흥조 GIST(광주과학기술원) 교수.

웨어러블 전자기기, 건강ㆍ환경 모니터링 센서 등 활용

복잡하고 거친 표면인 옷, 돌멩이, 반창고 등 다양한 소재에 부착할 수 있는 고성능ㆍ고집적 전자소자가 개발됐다.

미래창조과학부는 고흥조 GIST(광주과학기술원) 교수 연구팀이 ‘인공섬모구조’를 이용해 접착력을 향상시켜 거친 표면에도 전자소재를 단단히 부착할 수 있는 전자섬유 제작 기술을 개발했다고 7일 밝혔다.

기존에는 고성능ㆍ고집적 소자가 사용되는 전자섬유는 반도체 공정을 통해 소자를 먼저 완성하고 나서 직물에 전사 인쇄하는 공정이 사용됐다.

즉, 소자를 직접 제작하기 어려운 복잡한 표면에 소자를 형성시키는 기술을 사용한 것이다.

그러나 이는 직물 표면의 굴곡이 복잡하고 구멍이 많은 경우에는 충분한 접착력을 형성하기 어려웠다.

접착력을 높이고자 연구팀이 주목한 구조는 인공섬모구조다.

이 구조는 마이크로미터(㎛)의 얇은 폴리머 박막을 반도체 공정을 통해 박막 가장자리에 털과 같은 모양으로 제작한 것으로 유연한 특성 때문에 울퉁불퉁한 구조물에 잘 감쌀 수 있다.

또 중량비로 약 5% 이내의 적은 접착제를 사용해, 인공 섬모구조 주변에 형성시키는 것도 가능하다.

직물의 고유 특성을 유지하면서 전자섬유로 사용할 수 있는 직물과 소자 사이의 접착력을 확보해낸 것이다.

연구팀이 확인한 결과, 제작한 전자섬유를 연구원 셔츠에 꿰매 변형을 가하고 실생활에서 입는 것이 가능했다.

또 1만 번의 반복적인 인장변형과 세제를 풀어놓은 물에 20분 정도의 담금 세탁 후 30분간 깨끗한 물에 씻어내 건조를 해도 소자는 전기적 특성을 유지했다.

인공섬모구조를 도입한 유연기판은 높은 접착력 때문에 직물뿐만 아니라 반창고, 차(tea) 거름망, 면봉, 돌멩이 등 평평하지 않고 복잡한 표면에도 전사 인쇄가 가능하다.

이는 웨어러블 디스플레이 및 컴퓨터, 자세교정 및 건강상태를 확인할 수 있는 헬스 모니터링 시스템 등에 적용될 수 있을 전망이다.

이번 연구 내용은 지난 1일 네이처 커뮤니케이션즈에 게재됐다.

고흥조 교수는 “이번 연구성과는 단순한 구조의 소자 응용에 국한되어 온 기존 전자섬유의 기술에서 한 걸음 나아가 고성능ㆍ고집적 소자들을 직물 등 여러 복잡한 표면에 손쉽게 제작할 수 있게 됐다”며 “앞으로 입기에도 편리한 웨어러블 디스플레이, 건강ㆍ환경 모니터링 센서 등 다양한 분야에 활용될 것”이라고 전했다. 최소망 기자 somangchoi@