‘울퉁불퉁 표면’서도 구현되는 ‘센서’ 개발…“웨어러블 기기 활용”

KIST 연구진, 고분자 용액 하이드로젤서 굳히는 기술 개발

KIST 연구진© 뉴스1

국내 연구진이 울퉁불퉁하거나 거친 표면에도 고성능 센서를 구현할 수 있는 기술을 개발했다. 헬스케어 웨어러블 기기나 의공학 분야, 차세대 전자소자 분야 등에 활용될 수 있을 전망이다.

한국과학기술연구원(KIST)은 이현정 스핀융합연구단 박사팀이 용매가 물이거나 물이 기본으로 들어가 있는 젤리 모양의 물질인 ‘하이드로젤’과 나노 잉크 소재를 이용해 다양한 구조 유연기판에 고성능 센서를 손쉽게 만들 수 있는 ‘전사 프린팅’(Transfer-Printing) 기술을 개발했다고 18일 밝혔다.

전사 프린팅 공정은 전사기판에 만든 전극을 최종기판에 옮겨 소자를 제조하는 공정으로 피부에 붙였다 떼면 그림이 옮겨지는 판박이 스티커 원리와 비슷하다. 열적·화학적으로 취약한 기판 위에 소자를 만들때 생기는 공정상의 어려움을 최소화 할 수 있지만 지금까지 개발된 전사 프린팅공정은 최종기판이 평평할 때에만 적용이 가능했다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 다공성이면서 친수성인 하이드로젤 소재에 주목했다. 연구팀은 수용액 기반 나노소재 잉크를 기판 형태로 굳힌 하이드로젤 표면에 인쇄했다. 그러면 인쇄된 잉크 중 계면활성제와 물은 하이드로젤의 구멍을 통해 빠져나가고 구멍보다 크고 소수성인 나노 소재만 하이드로젤 표면에 남겨 원하는 패턴 전극을 형성할 수 있었다.

이때 프린팅 되는 나노 잉크 양도 적어 전극 형성속도가 빠르고 나노전극 구조가 균일해 전기적 특성도 뛰어났다. 특히 거친 표면을 지닌 유연 기판 상에도 손쉽게 유연 전극이 형성됐다. 연구팀은 나노 전극을 실험용 장갑 상에 바로 전사해 손가락 움직임을 감지할 수 있는 변형 센서를 제작했다. 동시에 맥박을 측정할 수 있는 고성능 유연 압력 센서도 구현했다.

이현정 박사는 “이번 성과는 고성능 유연 센서를 다양한 특성과 구조를 지닌 기판에 손쉽게 구현하는 새로운 방법을 제시한 것”이라면서 “디지털 헬스케어, 지능형 인간-기계 인터페이스, 의공학, 차세대 전자소자 분야 등 유연 기판이나 비전통적 기판 소재 상에 집적화된 고성능 소자 구현을 필요로 하는 다양한 분야에 활용 가능할 것”이라고 말했다.

이번 연구결과는 나노분야 국제 저널인 ‘나노 레터스’(Nano Letters)에 실렸다.

(서울=뉴스1)