평면소자를 3차원 소자로 … 웨어러블·생체로봇 응용 기대
평면소자를 3차원 소자로 … 웨어러블·생체로봇 응용 기대
수동으로 만들기 힘든 작은 패턴이나 복잡한 구조 구현 실마리 풀어
  • 박정식
  • 승인 2019.11.19 13:37
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[헬스코리아뉴스 / 박정식] 3차원 형태로 자동변형 가능한 전자소자가 국내 연구진에 의해 개발됐다. 이 전자소자는 미리 설계한 형태로 변형할 수 있고 손으로 제어하기 힘든 작은 패턴이나 복잡한 구조도 구현할 수 있어 3차원 구조가 필요한 센서, 디스플레이, 생체로봇 등에 널리 활용될 수 있을 전망이다.

19일 한국연구재단에 따르면 광주과학기술원 고흥조 교수 연구팀은 기존 고성능의 평면소자를 3차원 형태로 변형시킬 수 있는 기술을 개발했다.

연구진에 따르면 웨어러블 디바이스, 생체로봇 등이 자유자재로 구동하기 위해서는 전(全) 방향 통신이 가능한 이미지 센서, 디스플레이 소자, 에너지 소자 등과 같이 3차원 형태의 전자소자가 중요하다. 평면 소자를 3차원 형태로 변형시킬 수 있게 되면 기존 반도체 공정기술로 만든 고성능·고집적 평면형 전자소자를 그대로 활용할 수 있기 때문이다.

하지만 10마이크로미터(µm) 이하의 아주 얇은 유연 전자소자를 원하는 형태로 변형하려면 소자의 안정성이 뒷받침돼야 하며 입체로 변형시키는 고도의 기술이 필요하다.

압출 전단 인쇄와 열적 완화 과정을 통한 박막형 전자소자의 형태 변형 공정 모식도. (그림=광주과학기술원)
압출 전단 인쇄와 열적 완화 과정을 통한 박막형 전자소자의 형태 변형 공정 모식도. (그림=광주과학기술원)

 

연구팀은 가전이나 자동차 부품에 널리 쓰이는 고분자, ABS 수지 기반으로 원하는 형태로 자동으로 변형할 수 있는 가변형 프레임을 제작했다.

먼저 노즐이 내용물을 밀어내듯 소재를 압출하는 방식의 3D 프린팅을 이용해 전단응력(면의 표면에 밀리듯이 작용하는 응력)을 갖는 ABS선을 ABS 필름 위에 인쇄했다.

그리고 일정 온도(유리전이 온도) 이상으로 가열해 유동성을 부여하면, 전단응력이 해소되면서 평면에서 3차원 형태로 변형시킬 수 있는 상태로 유도한 것이 핵심이다.

실제 만들어진 가변형 고분자 프레임에 금속전극과 산화물 반도체 소자를 장착하고 형태를 변형시킨 결과, 전극과 소자에 작용하는 응력이 현저히 감소해 안정적으로 구동하는 것을 확인했다.

고흥조 교수는 “이 기술은 미리 설계한 형태로 자동으로 변해, 손으로 제어하기 힘든 매우 작은 크기나 복잡한 구조를 구현할 수 있다”며 “3차원 구조체가 필요한 센서, 디스플레이, 통신 장비, 웨어러블 장치, 생체 로봇 등의 플랫폼 개발에 큰 역할을 할 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구지원사업의 지원으로 수행됐다. 연구 성과는 신소재 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스’(Advanced Functional Materials) 11월18일자에 게재됐다.


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