돌멩이에도 전자소자 붙인다…국내연구팀 전사인쇄 기술 개발

기판 아랫면 튜브형 나노 섬모구조체 도입

과학기술정보통신부는 광주과학기술원(GIST) 신소재공학부 고흥조 교수 연구팀이 '울퉁불퉁한 표면에도 전자소자를 붙일 수 있는 전사(轉寫)인쇄 기술'을 개발했다고 3일 밝혔다.

정건영 교수팀과 공동 연구로 진행된 이번 성과는 나노과학 분야 저명 학술지인 'ACS Nano' 3일자로 온라인에 게재됐다.

자연물을 비롯해 대부분의 사물 표면은 대체적으로 평평하지 않아 고성능·고집적의 전자소자를 제작하거나 붙이기 어렵다. 돌멩이나 나뭇잎, 계란 껍데기 등 환경이나 생체친화적인 물체에 전자소자를 붙일 때는 화학물질의 사용도 최소화해야 한다.

고흥조 교수팀은 이런 표면에도 자유롭게 붙일 수 있는 전자소자 개발을 위해 기판 아랫면에 튜브형 나노 섬모 구조체를 도입했다. 튜브형 나노 섬모는 전자인쇄 후 표면 굴곡에 맞춰 납작하게 달라붙는 특성이 있어 접촉 면적을 넓게 만든다. 이를 통해 전자소자와 표면 사이의 접착력을 높일 수 있었다.

더 나아가 소자 주변에 '필름형 마이크로 섬모와 튜브형 나노 섬모로 이뤄진 계층 구조(이하 마이크로-나노 섬모 계층 구조)'를 형성했다. 이는 더 다양한 표면에 전사인쇄를 가능하도록 한다.

마이크로-나노 섬모 계층 구조는 일정한 무늬로 양극산화가 이루어진 다공성 양극산화 알루미늄을 틀로 사용해 제작했다. 이 구조가 있는 폴리이미드 박막 기판에 고성능 전자소자를 장착한 후 전사인쇄 공정을 진행하면 울퉁불퉁한 표면에 전자소자를 친환경적․생체친화적으로 붙일 수 있다.

고흥조 교수는 "이번 성과는 고성능 전사소자를 계란이나 돌멩이 등 다양한 표면에 접착 가능케 하는 기술"이라며 "농축산물의 영양 모니터링 및 자연환경 모니터링 등 다양한 분야에 활용될 것"이라고 기대했다.

실생활에서는 계란 껍데기에 온도센서를 붙여 신선도를 파악하거나, 자연환경을 모니터링하는 센서를 돌멩이에 부착하는 등 다양한 분야에 활용될 것으로 기대된다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 개인기초연구(중견연구자지원사업) 및 광주과학기술원(GIST) 개발사업 등의 지원으로 수행됐다.
 

튜브형 나노 섬모가 있는 폴리이미드 필름을 종이, 나뭇잎, 계란, 면직물, 나뭇가지, 나무껍질 등 다양한 울퉁불퉁한 표면에 접착한 이미지.[사진=과학기술정보통신부]