서울대, 부드러운 전자회로 시대 열어 웨어러블 활용↑
서울대, 부드러운 전자회로 시대 열어 웨어러블 활용↑
  • 문현식
  • 승인 2019.01.04 06:10
  • 조회수 1839
  • 댓글 0
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몸에 부착하거나 착용해 사용하는 전자장치인 웨어러블 디바이스(wearable device)의 시대가 다가오고 있습니다. 시계처럼 손목에 차는 스마트 워치가 대표적인 웨어러블 디바이스인데요. 사실 영화에서 볼 수 있는 웨어러블 디바이스는 더 다양합니다.

 

속옷처럼 피부 표면이나 피부 바로 아래에서만 생체 신호를 감지할 수 있다면 웨어러블 디바이스로 확장할 수 있는 장치는 무궁무진합니다. 하지만 지금까지 웨어러블 디바이스가 확산되지 못한 이유 중 하나는 이 안에 들어가는 전자 회로가 딱딱한 전자 부품으로 이뤄졌기 때문이었습니다.

 

국제 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼’의 속표지에 실린 서울대 연구 논문. 출처: 서울대
국제 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머터리얼' 속표지에 실린 서울대 연구 논문. 출처: 서울대

그런데 국내 연구진이 이런 트렌드를 바꿔놓아 웨어러블 디바이스의 실용화를 앞당길 수 있는 연구 결과를 내놓았습니다. 서울대 전기정보공학부 홍용택 교수팀은 신축성을 가지면서도 안정적인 액체 금속-고체 금속 간 접합을 개발했다고 밝혔습니다. 쉽게 말해서 미래형 웨어러블 디바이스의 핵심 기술인 '부드러운 전자 회로' 시대를 열 수 있는 기술입니다. 

 

수은·갈륨과 같은 액체 금속은 상온에서 액체 상태를 유지하면서 전기 전도성이 높아 신축성 전자 회로에 쓰이곤 했습니다. 다만 이런 액체 금속은 다른 금속과 접합했을 때 결정 구조에 침투하고 금속 성질을 변화시키는 문제가 있었습니다.

 

서울대 연구팀은 '주름진 탄소나노튜브 확산 방지벽'을 액체 금속과 고체 금속 사이에 삽입했습니다. 그랬더니 액체 금속이 확산되지 못하고 전자만 통과하는 현상이 나타났습니다. 다음엔 신축성 있는 실리콘 고무 기판을 미리 늘려둔 상태로 은(Ag) 회로에 인쇄한 뒤, 그 위에 탄소나노튜브를 약 100nm 정도로 얇게 형성한 후 늘려둔 기판을 원상복귀 시켜봤습니다. 그 결과 은 회로와 탄소나노튜브 박막이 스프링처럼 펴지면서 신축성 있는 모습을 나타냈습니다.

 

왼쪽은 액체 금속-고체 금속이 안정적으로 접합된 모습. 오른쪽은 주름진 탄소나노튜브 확산방지벽을 이용한 디스플레이 회로. 출처: 서울대
왼쪽은 액체 금속-고체 금속이 안정적으로 접합된 모습. 오른쪽은 주름진 탄소나노튜브 확산방지벽을 이용한 디스플레이 회로. 출처: 서울대

그동안 신축성 전자 분야는 수평 방향으로 약간 늘었다 줄었다 할 수 있는 정도의 수준이었습니다. 하지만 이번 연구는 수직 방향으로도 변형이 가능하다는 점에서 획기적인 연구입니다.

 

또 기존 방식은 부드러운 신축성 회로와 딱딱한 표면실장소자가 연결되는 접합부가 충격을 받으면 파괴되는 문제도 있었습니다. 하지만 연구진이 개발한 방식은 접합부가 액체 금속 위에 떠 있는 방식이기 때문에 충격을 받아도 파괴될 확률이 낮다는 점이 장점입니다.

 

홍용택 교수는 "제작된 회로는 늘려도 안정적으로 동작하는데다 반복적으로 눌러도 회로가 손상 없이 동작했다"며 "신체 부착형 디스플레이나 모바일 기기 제작에 응용할 수 있다"고 설명했습니다. 피부에 붙이는 전자 기기 실현을 앞당길 수 있는 연구라는 평가를 받는 이유입니다. 이번 연구결과는 국제 학술지 <어드밴스드 펑셔널 머터리얼>의 속표지로 게재됐습니다. 


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