부산대, 1만 번 굽혀도 안정적인 그래핀 센서 개발

그래핀-금속 접합 신뢰성 향상
웨어러블 센서 상용화 기대

부산대학교 서민호 교수 연구팀이 개발한 3차원 그래핀-금속 이종접합 기반 유연센서 연구 이미지.(사진=부산대 제공)

반복해서 구부려도 성능이 유지되는 차세대 그래핀 유연센서 핵심 기술이 개발됐다.

부산대학교 연구진은 초소형 그래핀과 금속 전극을 안정적으로 연결하는 접합 기술을 구현해 웨어러블 센서와 휴대형 바이오센서 상용화 가능성을 높였다.

부산대학교는 의생명융합공학부 서민호 교수 연구팀이 3차원 그래핀과 금속 전극 사이의 전기적 연결 안정성을 높인 초소형 이종접합 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.

연구팀은 금속 전극 내부에 저장소 형태의 '리저버(reservoir)' 구조를 설계하고 은 나노입자 잉크를 선택적으로 증발시키는 공정을 적용해 그래핀과 금속 전극 사이의 전기적 접합 안정성을 높였다. 이 기술은 잉크 번짐을 줄이는 동시에 접합부 응력을 분산시켜 반복적인 변형에도 안정적인 성능을 유지하도록 설계됐다.

성능 검증 결과 접촉저항은 7.14Ω 수준으로 낮게 나타났으며, 섭씨 85도와 상대습도 85%의 환경에서도 안정적인 전기적 특성을 유지했다. 또 반경 2㎜ 조건에서 1만 회 이상 반복해 구부리는 시험에서도 성능 저하 없이 작동하는 것으로 확인됐다.

연구팀은 개발한 기술을 웨어러블 굽힘 센서와 휴대형 전기화학 바이오센서에 적용해 실용성도 검증했다. 굽힘 센서는 손가락 움직임을 실시간으로 감지해 로봇 그리퍼를 제어했으며, 바이오센서는 염증 및 대사 관련 바이오마커인 요산을 선택적으로 검출하는 데 성공했다.

이번 기술은 웨어러블 헬스케어와 전자피부, 인간-로봇 인터페이스, 휴대형 바이오센서뿐 아니라 체내 삽입형 전자소자와 고습 환경용 유연소자 등 다양한 차세대 전자시스템으로의 확장 가능성도 기대된다.

서민호 교수는 "3차원 그래핀의 장점을 실제 유연전자소자에 안정적으로 구현할 수 있는 연결 기술을 확보했다"며 "웨어러블 헬스케어와 인간-로봇 인터페이스, 현장진단 바이오센서 분야의 실용화를 앞당기는 기반 기술이 될 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구 결과는 국제학술지 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)' 7월 2일자 온라인판에 게재됐다.

부산=김성욱 기자