울퉁불퉁한 표면에도 접착 가능한 전자소자 개발

- 계란 신선도 파악·자연환경 모니터링 센서 부착 등 다양한 분야 활용 기대

국내 연구진이 성능 전사소자를 돌멩이나 계란 등 울퉁불퉁한 표면에도 접착 가능한 전자소자가 개발했다.

이번에 개발된 전자소자는 농축산물의 영양 및 자연환경 모니터링 등 다양한 분야에 활용될 것으로 기대된다.

과학기술정보통신부는 광주과학기술원(GIST) 신소재공학부 고흥조 교수 연구팀이 ‘울퉁불퉁한 표면에도 전자소자를 붙일 수 있는 전사인쇄 기술’을 개발했다고 3일 밝혔다.

정건영 교수팀과 공동 연구로 진행된 이 성과는 나노과학 분야 저명 학술지인 ‘ACS Nano’ 에 논문명 ‘Enhancement of Interfacial Adhesion Using Micro/Nanoscale Hierarchical Cilia for Randomly Accessible Membrane-Type Electronic Devices’으로 3일(한국시간) 온라인에 게재됐다.

[caption id="attachment_31428" align="aligncenter" width="695"]계층형 섬모 구조를 이용하여 울퉁불퉁한 현무암 타일 표면에 접착된 트랜지스터의 사진(왼쪽)과 이 소자의 전기적 특성을 보여 주는 그래프(오른쪽). 울퉁불퉁한 현무암 타일 표면에 접착된 뒤에도 안정적으로 트랜지스터 소자가 작동한다. [자료: 과학기술정보통신부]
튜브형 나노 섬모를 이용해 계란 껍데기 표면에 부착된 금속저항 기반 온도센서(왼쪽)와 오븐 속에서 튜브형 나노 섬모가 있는 온도센서와 상용 온도센서의 온도 변화 그래프(오른쪽). 계란 껍데기에 부착된 온도센서는 겉에서도 계란 내부의 실시간 온도를 정확히 파악할 수 있어 비파괴적 온도 모니터링이 가능함을 보여준다. [자료: 과학기술정보통신부]

자연물을 비롯한 대부분의 사물 표면은 대체로 평평하지 않아 고성능·고집적 전자소자를 제작하거나 붙이기 어렵다.

돌멩이나 나뭇잎, 계란 껍데기 등 환경이나 생체친화적인 물체에 전자소자를 붙일 때는 화학물질의 사용을 최소화해야 한다.

고흥조 교수팀은 울퉁불퉁한 표면에도 자유롭게 붙일 수 있는 전자소자를 위해 기판 아랫면에 튜브형 나노 섬모 구조체를 도입했다.

튜브형 나노 섬모는 전사인쇄 후 표면 굴곡에 맞춰 납작하게 달라붙는 특징이 있어 넓은 접촉 면적을 만들며, 전자소자와 표면 사이 접착력을 크게 높일 수 있었다.

나아가 소자 주변에 ‘필름형 마이크로 섬모와 튜브형 나노 섬모로 이뤄진 계층 구조(이하 마이크로-나노 섬모 계층 구조)’를 형성했다. 이는 더 다양한 표면에 전사인쇄를 가능토록 했다.

튜브형 폴리이미드 나노 섬모는 고흥조 교수팀과 정건영 교수팀이 양극 산화 알루미늄을 틀로 사용해 형성할 수 있었다.

마이크로-나노 섬모 계층 구조는 일정한 무늬로 양극산화가 이뤄진 다공성 양극산화 알루미늄을 틀로 사용해 제작했다.

이 구조가 있는 폴리이미드 박막 기판에 고성능 전자소자를 장착한 후 전사인쇄 공정을 진행하면 울퉁불퉁한 표면에 전자소자를 친환경적·생체친화적으로 붙일 수 있다.

고흥조 교수는 “이번 성과는 고성능 전사소자를 계란이나 돌멩이 등 다양한 표면에 접착 가능케 하는 기술”이라며 “농축산물의 영양 모니터링 및 자연환경 모니터링 등 다양한 분야에 활용될 것”이라고 말했다.

실생활에서는 계란 껍데기에 온도센서를 붙여 신선도를 파악하거나, 자연환경을 모니터링하는 센서를 돌멩이에 부착하는 등 다양한 분야에 활용될 것으로 기대된다.

김들풀 기자 itnews@