DGIST는 화학물리학과 이성원 교수 연구팀이 한밭대학교 강현일 교수, 경북대학교 노종욱 교수 연구팀과 공동으로 반도체 제조에 사용되는 전사 기술을 응용해 통기성 나노메쉬 기판 위에 고해상도 전자피부 기기를 구현하는 데 성공했다고 밝혔다.
전자피부는 건강 모니터링이나 생체 신호 측정을 위해 인체나 살아있는 조직 표면에 밀착되는 초박형 전자기기다. 이러한 전자피부가 효과적으로 작동하기 위해서는 피부 굴곡을 그대로 따라가는 ‘등각 접촉(conformal contact)’이 가능해야 하며, 장시간 부착해도 땀이나 습기가 빠져나가지 못해 발생하는 피부 자극이나 염증을 최소화할 수 있도록 높은 통기성을 확보하는 것이 중요하다. 이 때문에 고분자 나노섬유가 그물처럼 얽힌 구조의 나노메쉬 기판은 뛰어난 통기성 덕분에 차세대 전자피부 소재로 주목받고 있다.
하지만 나노메쉬 표면은 섬유가 얽혀 있어 구조적으로 거칠고, 고분자 소재 특성상 열에 약해 고온에서 이뤄지는 정밀 미세 공정을 적용하기 어렵다는 한계가 있었다. 이러한 이유로 실제 전자 소자 제작에는 제약이 많았다.
연구팀은 이 구조적 문제를 해결하기 위해 반도체 소자 제작에서 활용되는 전사 기술을 나노메쉬 구조에 맞게 변형한 새로운 방식인 ‘간접 전사(indirect transfer)’ 기법을 도입했다. 이를 통해 나노메쉬 기판 위에서도 고해상도 패턴을 갖는 전자회로를 안정적으로 구현하는 데 성공했다.
특히 기존 나노메쉬 전극은 안정적인 전도성을 확보하기 위해 보통 100nm 이상의 두께가 필요했지만, 이번에 개발된 초박막 나노메쉬 전극은 20nm 이하의 두께에서도 높은 전기전도도를 구현했다. 또한 굽힘 반경 0.5~2.5mm의 극한 변형 환경과 물·과산화수소·아세톤 등 다양한 화학적 환경, 높은 온도·습도, pH 변화 등 피부의 생리적 조건에서도 성능이 거의 저하되지 않는 뛰어난 내구성을 보여 전자피부 적용에 매우 적합함을 입증했다.
이성원 교수는 “고해상도이면서도 통기성을 갖춘 전극은 차세대 웨어러블 기기 개발의 핵심 기술”이라며 “이번 성과는 통기성 기반 전자피부의 실용화를 한 단계 앞당긴 중요한 연구”라고 말했다.
한편 이번 연구는 한국연구재단 지역혁신 선도연구센터사업과 DGIST 일반사업의 지원으로 수행됐으며, 연구 결과는 국제 저명 학술지 Materials Today에 게재됐다.
헬로티 이창현 기자 |
