전자소자, 옷은 물론 돌멩이에도 ‘착’ 달라붙는다

[산업일보]
미래창조과학부는 "인공 섬모구조를 이용해 접착력을 향상시켜 옷, 돌멩이 등에도 전자소재를 단단히 부착할 수 있는 전자섬유 제작 기술을 개발했다”고 밝혔다.

이 기술은 매우 복잡하고 거친 표면을 갖는 옷, 돌멩이, 반창고 등 다양한 소재에 고성능 및 고집적 전자소자의 제작을 가능하게 한다. 이는 입고 다니면서 사용할 수 있는 웨어러블 디스플레이 및 컴퓨터 또는 의료 및 환경 모니터링 센서 분야에 활용될 수 있다.

인공 섬모를 이용한 전사 인쇄법은 다양한 사물 및 동식물에 친환경적으로 전자소자를 부착시킬 수 있어, 사물인터넷(IoT) 및 사용자 인터페이스(user interface) 기술과 연계한 초연결 사회(hyperconnected society)*의 핵심 플랫폼 기술이 될 것으로 기대된다.

고흥조 교수(광주과학기술원) 연구팀은 미래창조과학부 기초연구사업(개인연구), 교육부 이공학개인기초연구지원사업, 산업통상자원부 산업소재핵심기술개발사업의 지원으로 연구를 수행했으며, 이번 연구 내용은 세계적 학술지 네이처 커뮤니케이션즈에 게재됐다.

연구팀은 고분자 박막 기판 주변으로 인공 섬모구조를 도입해 복잡한 구조의 직물 표면을 안정적으로 감쌀 수 있게 했다. 또한 접착용액이 마르면서 인공 섬모 근처로 매우 적은 양의 접착제를 형성시켜 소자와 직물 사이에 접착력을 크게 향상시켰다.

이러한 접착력은 인공 섬모의 길이, 밀도, 접착제의 농도가 커짐에 따라 증가하며, 직물 뿐만 아니라 반창고, 차 거름망, 면봉, 돌멩이 등에도 성공적으로 전사인쇄가 가능하다.

직물 위 전사 인쇄한 전극에 변형을 가했을 때 인공 섬모가 완충작용을 함으로써 전극에 안정성을 확보할 수 있었다. 또한, 이러한 완충 현상을 기계적인 시뮬레이션을 통해 정량 분석했다.

이 기술을 이용해 산화물 반도체인 인듐 갈륨 아연 산화물 (indium gallium zinc oxide, IGZO) 기반의 전자소자를 직물에 제작하였고, 이를 셔츠에 꿰매어 변형을 가하고, 실생활에서 입고, 세제 용액에 넣고 담금 세탁 및 건조를 했을 때에도 소자 특성을 유지하는 것을 확인했다.

고흥조 교수는 “이번 연구성과는 단순한 구조의 소자 응용에 국한되어 온 기존 전자섬유의 기술에서 한 걸음 나아가 고성능·고집적 소자들을 직물 등 여러 복잡한 표면에 손쉽게 제작할 수 있게 되었다. 앞으로 입기에도 편리한 웨어러블 디스플레이, 건강·환경 모니터링 센서 등 다양한 분야에 활용될 것으로 기대된다.”고 밝혔다.