늘어날수록 저항 줄어드는 신축성 전극 개발

홍용택 교수팀, 니켈 입자 이용한 전도성 복합 재료 만들어

홍용택 교수

아주경제 이한선 기자 = 국내연구진이 늘어날수록 저항이 줄어드는 신축성 전극을 개발했다.

미래창조과학부는 홍용택 서울대학교 전기·정보공학부 교수 연구팀이 큰 변형률을 갖추고 변형이 늘어날수록 전기 저항이 감소하는 특수한 특성을 보이는 새로운 종류의 신축성 전극을 개발했다고 12일 밝혔다.

이번 연구는 미래부에서 지원하는 글로벌프론티어사업 나노기반 소프트일렉트로닉스연구단 지원을 받아 진행했고 연구결과는 재료과학분야 세계적 학술지인 어드밴스드 머티리얼즈 지난달 21일 표지논문으로 게재됐다.

이 기술은 기존의 복잡한 공정도를 간소화해 비용을 크게 낮추고 높은 수준의 전기적, 기계적 특성을 얻을 수 있어 신축성 디스플레이, 전자 피부 등과 같은 다양한 종류의 차세대 신축성 전자소자 개발에 활용할 수 있고 전자 피부와 같은 신축성 센서 및 다양한 종류의 차세대 신축성 전자 소자 개발에 기여할 것으로 기대된다.

연구팀은 저렴한 비용의 니켈 입자와 PDMS를 사용해 외부 자기장을 이용해 니켈 입자를 정렬시키는 간단한 공정을 통해 초기 상태보다 100% 신축된 환경에도 20Ω 이하의 낮은 전기저항을 가지는 전도성 복합 재료를 개발했다.

이 복합 재료를 사용한 신축성 전극은 신축이 증가할수록 전기저항이 감소하는 특성을 보이고 표면에 금속 박막을 결합할 경우 높은 수준의 변형에서도 낮은 전기 저항을 꾸준히 유지할 수 있는 것으로 나타났다.

연구팀은 개발된 신축성 전극과 발광다이오드의 조합을 통해 신축 시에도 화소해상도를 유지할 수 있는 초기 형태의 신축성 디스플레이 장치를 시현하기도 했다.

신축성 전자소자 개발에 있어 가장 기본적인 사항은 높은 기계적 변형율과 낮은 전기저항 특성을 가진 신축성 전극의 확보다.

그동안 신축성 전극을 개발하기 위해 다양한 방식의 연구가 진행돼 왔고 초기에 신축성 기반 위에 금속 박막을 제작하는 방식이 연구돼 왔으나 20~30% 이상의 신축이 어려웠다.

절연 물질 내부에 전도성 입자를 혼합해 전기적 특성을 띄는 물질로 높은 신축이 가능한 전도성 혼합 재료가 새로운 대안으로 연구돼 왔지만 기존의 전도성 혼합 물질을 사용한 전극은 변형에 따라 전기저항이 오히려 늘고 높은 수준의 공정 난도와 특수한 재료 사용에 따른 비용 증가 등의 문제가 있어 난항을 겪어 왔다.

연구 결과가 소개하고 있는 논문 표지