기술 교육 대 채 수상 교수 등 국제 연구팀 '신축성 전극 소재' 확보 뇌 주름 형성 원리 이용, 안정성과 계면 적합성 매우 우수
한국 연구 재단은 가 천 대 이태일 교수와 경 희 대 오 진영 교수, 로렌스리버모어국립연구원 최 원 진 박사, 한국 기술 교육 대 채 수상 교수 등 국제 공동 연구팀이 잘 섞이지 않는 두 물질인 고무와 금속을 뇌 주름 형상의 '금속-탄성 체 나노 구조 체로 제조하는 기술을 개발했다고 23일 밝혔다.
피부를 닮은 전자 피부나 촉각 센서, 잘 구부러지는 디스플레이를 만들기 위해서는 전기가 통하면서도 유연한 소재가 필수적이다. 이런 신축성 전극 개발에서 금속 물질과 고무와 같은 탄성 체 간 반발 력 에 의해 서로 섞이지 않아 재료 적 한계가 있었다.
이번에 국제 공동 연구팀은 증 착 과정에서 열 역학 적 론 이 반대 개념인 속도 론 적 방법으로 열역학적으로 섞이기 싫어하는 금속과 탄성 체를 섞어 각각의 물질 고유 특성을 유지할 수 있는 나노 구조 체 신소재를 개발했다.
연구팀은 고무 탄성 체 기판 위에 금속 박막을 증 착 하는 과정에서 고무와 금속 각 물질들의 증 착 속도를 조절하는 방식으로 화학반응을 통제했다.
고무 분자들의 이동 속도와 증 착 되는 금속 원자들의 증 착 속도 간의 상대적 차이를 조절, 나노 니 들 형태의 금속 구조 체 들 이 매우 조밀하게 연결된 금속-탄성 체 나노 상을 만드는데 성공했다.
증 착 은 금속을 고온으로 가열 및 증발 시킨 뒤 그 증기로 금속을 박막에 밀착 시키는 방법이며 나노 니 들(nano needle)은 머리카락 굵기보다 얇은 미세 바늘로 화학물질을 전달, 이동하는 기술이다.
또 연구팀은 고무 탄성 체 기판 표면에 형성된 금속-탄성 체 나노 상이 기판과 계면 사이 큰 기계적 불안정성을 유도해 증 착 이 끝난 후 수 시간에 걸쳐 마치 뇌 주름과 같은 형태의 표면 주름이 형성되는 것을 관찰했다.
이는 표면적이 높아지는 효과를 얻는 동시에 금속-탄성 체 나노 상 내부의 특이한 나노 구조를 통해 기계· 화학 ·열 적 측면에서 기존 재료 보다 매우 높은 내구성을 띈다.
이 기술은 VR/웨 어 러블 전자기기/웨 어 러블 로봇 등 일상생활 속에서 우수한 표면 내 마 모 성과 세탁 가능한 정도의 내구성이 요구되는 응용 분야에 널리 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
한국 연구 재단이 추진하는 신진 연구 사업의 지원으로 수행된 이번 연구 결과는 재료 분야 국제 학술 지 '네 이 처 커뮤니케이션 즈(Nature Communications)'에 지난 9일 게재됐다.(논문 명:Kinetically controlled metal-elastomer nanophases for environmentally resilient stretchable electronics)
한국 기술 교육 대 채 수상 교수는 "기존 신축성 전극이 가질 수 없었던 매우 뛰어난 내구성을 바탕으로 차세대 웨 어 러블 의료 및 전자기기나 VR과 같은 응용 분야의 전극 소재로 널리 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.
