형태가 늘어날수록 전기 저항이 감소하는 전극 개발

국내 연구진이 변형이 일어날수록 전기 저항이 감소하는 특성을 보이는 신축성 전극을 개발했다.
홍용택 서울대 전기정보공학부 교수팀은 큰 변형률을 가지면서 변형이 커질수록 전기 저항이 감소하는 성질을 보이는 새로운 종류의 신축성 전극을 개발했다고 12일 밝혔다.
이 기술은 기존의 복잡한 공정 과정을 간소화해 비용을 크게 낮출뿐 아니라 높은 수준의 전기적, 기계적 특성을 얻을 수 있어 신축성 디스플레이(Stretchable Display), 전자 피부(Electronic Skin) 등과 같은 다양한 종류의 차세대 신축성 전자소자(Stretchable Electronics) 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
신축성 전자소자 개발에 있어서 가장 기본적인 사항이 높은 기계적 변형율과 변형에도 불구하고 정상적인 동작이 가능한 낮은 전기저항 특성을 갖는 것이다. 지금까지는 신축성 기반 위에 금속 박막을 제작하는 방식이 연구돼 왔지만 20~30% 이상 신축이 어려웠다. 그 대안으로 높은 신축이 가능한 전도성 혼합 재료(절연 물질 내부에 전도성 입자를 혼합하여 전기적 특성을 띄는 물질)가 새로운 대안으로 연구됐지만 변형에 따라 전기 저항이 증가하고 비용이 많이 든다는 한계가 있었다.
연구팀은 비용이 저렴하게 드는 니켈입자와 PDMS(Polydimethylsiloxane)로 외부 자기장을 이용해 니켈 입자를 정렬시키는 간단한 공정을 이용했다. 그 결과 초기 상태보다 100% 신축된 환경에도 20Ω이하의 낮은 전기저항 가지는 전도성 복합 재료(Conductive Composite Material)를 개발할 수 있었다.
더 나아가 연구팀은 개발된 전극과 발광다이오드의 적절한 조합을 통해 신축할 때 화소 해상도를 유지할 수 있는 신축성 디스플레이 장치를 성공적으로 시현했다. 이 기술은 앞으로 신축성 디스플레이뿐만 아니라 전자 피부와 같은 신축성 센서, 다양한 종류의 차세대 신축성 전자 소자 개발에 기여할 것으로 전망된다.
홍용택 교수는 "기존 연구 대비 저렴하고 간단한 공정을 통해 우수한 성능을 가지는 신축성 전극을 개발함으로써 차세대 신축성 전자 소자 개발에 새로운 방향을 제시한 것"이라고 연구의의를 밝혔다.
이번 연구결과는 재료과학분야의 세계적 학술지인 '어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)'지 5월 21일자 표지논문으로 실렸다.
[김미연 기자]