연구성과
조길원 교수팀, 테이프처럼 원하는 대로 떼었다 붙이는 ‘유연 전자소자’ 만들었다
그래핀 기반 개발…웨어러블 기기 등 활용
POSTECH 연구진이 돈(지폐), 피부, 펜 등 어떤 표면이든 손쉽게 붙였다 뗐다 할 수 있는 유연한 전자소자 제작 기술을 구현해 학계에 주목을 받고 있다.
화학공학과 조길원 교수(59), 전자전기공학과 정윤영 교수(31), 김현호 박사(30) 연구팀은 ‘꿈의 물질’ 그래핀*1 기반의 유비쿼터스 전자소자를 테이프 위에 제작하는데 성공하고, 그 결과를 네이처 자매지인 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Report)’를 통해 공개했다.
딱딱한 플라스틱 기판을 사용하는 기존 유연 전자소자는 플렉서블 디스플레이 이외의 자유롭게 형태를 바꿀 수 있는 전자소자에 적용하기는 어려웠다. 그러나 연구팀이 개발한 이 소자는 종이에 붙인 뒤 마구 구겨도 소자의 전기적 성능과 기계적 안정성을 유지할 수 있다.
연구팀은 이 소자를 이용해 일반적으로 널리 사용되는 테이프 위에 트랜지스터 등의 전자소자를 제작한 뒤, 필요한 곳에 쉽게 떼었다 붙이는 ‘유비쿼터스형 전자소자’를 제안했다. 이 기술을 이용하면 어디나 쉽게 붙일 수 있는 테이프 위에 전자기기를 만들고, 테이프 기판을 잘라서 원하는 대로 활용할 수 있는 유비쿼터스형 전자소자를 개발할 수 있게 된다.
특히, 이번에 제작된 테이프 소자는 제조방식에서 큰 변화를 가져와 눈길을 모은다. 테이프 위에 트랜지스터 등의 전자 소자를 만들 때에는 엄청난 고온을 견디지 못하고 녹아버리기 때문에 낮은 온도에서 공정을 진행해야 한다. 또한 제작공정에서 사용되는 용액들은 테이프 아랫면에 있는 점착제를 녹일 수 있어 다른 소자에 비해 제작 과정이 까다롭다.
이러한 문제를 해결하기 위해서 연구팀은 100℃ 이하의 낮은 온도에서 테이프에 용액이 닿지 않는 건식 방법을 개발하여 테이프형 전자소자 제작에 성공했다.
연구를 주도한 조길원 교수는 “이번 연구성과는 웨어러블 전자소자 등의 인체친화형 전자소자부터 사물인터넷 분야까지 폭넓게 응용 가능하다”며 “이를 바탕으로 그래핀 기반 유비쿼터스 유연 전자산업에 큰 기여를 할 것”이라고 말했다.
한편, 이번 연구는 미래창조과학부 글로벌프론티어 사업인 ‘나노기반 소프트일렉트로닉스연구단’의 지원을 받아 수행됐다.
1. 그래핀
‘꿈의 물질’로 불리는 그래핀은, 전자소자에 흔히 사용되는 구리보다 전기전도성이 높고 투명하며 유연성이 좋아 웨어러블 스마트기기 등의 차세대 플렉서블(flexible) 소자 구현을 위한 핵심 소재로 각광을 받는 물질이다. 그러나 그래핀 내의 전기전도성과 전기적 특성을 효율적으로 제어하는 방법이 개발되지 않아 그 응용이나 상용화를 위해 다양한 시도가 계속되고 있다.
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