섬모구조를 이용해 직물 위로 전사인쇄 한 박막형 폴리이미드 기판의 사진(왼쪽) 및 주사현미경 이미지(가운데). 박막형 폴리이미드 기판 주변에 형성시킨 섬모의 주사현미경 이미지(오른쪽)./사진제공=미래창조과학부
복잡한 구조를 갖는 차 거름망(왼쪽), 면봉(가운데), 돌멩이(오른쪽) 표면 위로 섬모구조를 이용하여 전사인쇄 한 폴리이미드 박막 기판의 사진 및 주사현미경 이미지/사진제공=미래창조과학부옷이나 돌멩이에 부착할 수 있는 전자소재가 국내 연구진에 의해 개발됐다. 웨어러블 디스플레이나 건강·환경 모니터링 센서 등 다양한 분야에 활용될 전망이다.
미래창조과학부는 고흥조 광주과학기술팀 교수 연구팀이 인공 섬모구조를 이용해 접착력을 향상시켜 옷, 돌멩이 등에도 전자소재를 단단히 부착할 수 있는 전자섬유 제작 기술을 개발했다고 7일 밝혔다.
인공 섬모구조는 수 마이크로미터의 얇은 폴리머 박막을 반도체 공정인 포토리소그래피와 건식 식각 공정을 통해 박막 가장자리에 털과 같은 모양으로 제작한 것으로 유연한 특성을 보여 울퉁불퉁한 구조물에 잘 감쌀 수 있다.
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.
기존 고성능·고집적 소자가 사용되는 전자섬유의 경우 반도체 공정을 통해 소자를 먼저 완성한 뒤 직물에 전사 인쇄하는 방법으로 만들어진다.
연구팀은 수 마이크로미터의 얇은 두께를 갖는 고분자 유연기판 주변에 인공 섬모구조를 형성시켜 거친 직물 표면을 안정적으로 감쌀 수 있게 해 접촉 면적을 늘렸다.
더불어 매우 적은 양의 접착제(중량비로 약 5% 이내 사용)를 인공 섬모구조 주변에 형성시키는 방법을 적용해 원래 직물의 고유 특성을 유지시키면서도 전자섬유로 사용하기에 충분한 직물과 소자 사이의 접착력을 확보했다.
고흥조 교수는 “이번 연구성과는 단순한 구조의 소자 응용에 국한돼 온 기존 전자섬유의 기술에서 한 걸음 나아가 고성능·고집적 소자들을 직물 등 여러 복잡한 표면에 손쉽게 제작할 수 있게 됐다”며 “앞으로 입기에도 편리한 웨어러블 디스플레이, 건강·환경 모니터링 센서 등 다양한 분야에 활용될 것으로 기대된다”고 전했다.
한편 이번 연구는 미래창조과학부 기초연구사업(개인연구), 교육부 이공학개인기초연구지원사업, 산업통상자원부 산업소재핵심기술개발사업의 지원으로 수행됐다. 연구 내용은 세계적 학술지 네이처 커뮤니케이션즈 1일자에 게재됐다.
