장경인 교수 연구팀이 관련 연구를 수행하고 있다.[DGIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 대구경북과학기술원(DGIST) 로봇및기계전자공학과 장경인 교수팀이 기존 무기 재료의 기계적 한계를 극복하고, 전자장치의 신축성과 내구성을 향상시킨 고안정성 신축성 전자장치 개발에 성공했다. 포항공과대학교(POSTECH) 화학공학과 박태호 교수팀과 공동연구를 통해 신축성 하이브리드 고분자를 개발한 연구팀은, 이를 전자장치에 적용해 변형이나 외부 충격에도 안정적으로 구동되도록 제작했다. 이 기술은 향후 디스플레이 산업 및 헬스케어, 웨어러블 산업 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대된다.

‘신축성 전자장치’ 기술은 디스플레이, 웨어러블, 헬스케어 등 다양한 분야에 적용 가능한 유망 기술이지만, 인장, 굽힘과 같은 변형이나 외부 충격 발생 시, 전자소자의 전기적 기능을 안정적으로 유지하기 어려워 이를 해결하기 위해 다양한 연구가 진행되고 있다. 이에 DGIST-POSTECH 공동연구팀은 ‘신축성 하이브리드 고분자’를 개발하고, 새로운 변형 격리 전략을 도입해 고효율의 신축성 무기 전자장치와 통합으로 변형이나 외부 충격에서도 안정적으로 구동할 수 있는 새로운 ‘신축성 전자장치’를 개발했다.

먼저 연구팀이 개발한 ‘신축성 하이브리드 고분자’는 ‘상호침투 고분자 가교 결합(IPN)’을 통해 만들었다. ‘상호침투 고분자 가교 결합(IPN)’은 두 개 이상의 고분자가 물리적으로 또는 화학적으로 교차 결합하여 형성된 3D 고분자 구조로, 각 고분자의 특성을 유지하면서도 서로를 보강하는데, 고분자 간의 물리적 얽힘을 유도해 우수한 기계적 인터페이스를 형성함으로써 변형 시에도 높은 안정성과 성능을 유지한다. 연구팀은 서로 다른 탄성 계수를 갖는 실리콘 기반 고분자인 PDMS와 폴리우레탄(PU)을 활용해 ‘신축성 하이브리드 고분자’를 제작했다.

장경인(가운데) DGIST 로봇및기계전자공학과 교수 연구팀.[DGIST 제공]

제작된 신축성 고분자를 이용해 기판을 구성하고, 무기 재료를 기반으로 만들어져 고효율성을 갖고 있는 신축성 전자소자와 결합해 ‘신축성 전자장치’를 완성했다. 새로 제작한 전자장치는 늘리거나 구부러지는 현상이 발생할 때 한 지점에 집중되어 발생하는 변형을 분산시켜 변형에 따른 기기의 부담을 줄여줘 높은 기계적 안정성을 유지할 수 있도록 설계됐다. 이를 통해 기존 스트레쳐블 전자기기(Stretchable Electronics)에서 발생할 수 있는 물리적 손상이나 성능 저하를 크게 줄여주게 된다.

장경인 교수는 “이번 연구로 다양한 변형과 물리적 손상 등에 기계적으로 취약한 무기 재료의 성능을 안정적으로 유지할 수 있게 하는 신축성 전자장치 시스템을 개발했다”면서 “향후 연구 내용을 더 발전시켜 신축성 디스플레이 산업뿐만 아니라 헬스케어, 웨어러블 산업 등 다양한 분야에서 활용될 수 있는 기술로 발전시키겠다”고 밝혔다.

이번 연구결과는 나노과학 분야 국제학술지 ‘ACS Nano’에 게재됐다.