늘어날수록 저항 줄어드는 신축성 전극 개발

신축성 디스플레이, 전자 피부 등에 활용 가능

▲차세대 디스플레이에 응용가능한 신축성 전자소자가 개발됐다.[사진제공=미래부]

[아시아경제 정종오 기자] 신축성 디스플레이, 전자 피부 등에 사용될 수 있는 전자 소자 개발의 새로운 가능성이 열렸다. 국내 연구팀이 형태가 늘어날수록 전기 저항이 감소하는 전도성 복합 재료 기반의 신축성 전극을 개발했다.

이번에 개발된 기술은 기존의 복잡한 공정도를 간소화해 비용을 크게 낮출 뿐만 아니라 높은 수준의 전기·기계적 특성을 얻을 수 있다. 이에 따라 신축성 디스플레이(Stretchable Display), 전자 피부(Electronic Skin) 등과 같은 다양한 종류의 차세대 신축성 전자소자(Stretchable Electronics) 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

기계적으로 형태가 늘어나는 변화에도 정상적으로 동작하는 신축성 전자소자 기술은 디스플레이, 로봇, 생체 부착형 전자소자 분야에서 앞으로 많은 응용이 가능하다. 신축성 전자소자 개발에 있어 가장 기본적인 사항이 높은 기계적 변형률과 변형에도 불구하고 정상적 동작이 가능한 낮은 전기저항 특성을 가진 신축성 전극의 확보에 있다.

연구팀은 저렴한 비용의 니켈 입자와 PDMS(Polydimethylsiloxane)를 사용해 외부 자기장을 이용, 니켈 입자를 정렬시키는 간단한 공정을 거쳤다. 초기 상태보다 100% 신축된 환경에도 20Ω 이하의 낮은 전기저항을 가지는 전도성 복합 재료(Conductive Composite Material)를 개발한 것이다.

개발된 전도성 복합 재료를 사용한 신축성 전극은 신축이 증가할수록 전기저항이 감소하는 특성을 보인다. 표면에 금속 박막을 결합할 경우 높은 수준의 변형에서도 매우 낮은 전기 저항을 꾸준히 유지할 수 있다.

연구팀은 개발된 신축성 전극과 발광다이오드의 적절한 조합을 통해 신축 시에도 화소해상도를 유지할 수 있는 초기 형태의 신축성 디스플레이 장치를 성공적으로 시현했다.

이번 연구는 미래창조과학부에서 지원하는 글로벌프론티어사업 나노기반 소프트일렉트로닉스연구단(단장 조길원)의 지원을 받아 서울대학교 전기·정보공학부 홍용택 교수 연구팀이 진행했다. 재료과학분야의 학술지인 Advanced Materials 최신호(5월 21일) 표지논문(논문명:Negatively Strain-Dependent Electrical Resistance of Magnetically Arranged Nickel Composites: Application to Highly Stretchable Electrodes and Stretchable Lighting Devices)에 실렸다.

홍 교수는 "기존 연구 대비 저렴하고 간단한 공정을 통해 우수한 전기·기계적 성능을 가지는 신축성 전극을 개발했다"며 "차세대 신축성 전자 소자 개발에 새로운 방향을 제시한 것"이라고 말했다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr