국내 연구진, 3차원 형태 자동변형 가능 전자소자 개발…생체로봇 등에 활용

연구팀, ABS 수지 기반 가변형 프레임 제작 실험
'어드밴스드 펑셔널 머티리얼스'에 18일 게재

국내 연구진, 3차원 형태 자동변형 가능 전자소자 개발…생체로봇 등에 활용 /사진=한국연구재단

국내 연구진이 3차원 형태로 자동 변형 가능한 전자소자를 개발했다. 이는 3차원 구조체가 필요한 센서, 디스플레이, 생체로봇 등에 널리 활용될 전망이다.

한국연구재단(이사장 노정혜)은 19일 광주과학기술원(GIST) 고흥조 교수 연구팀이 기존 고성능의 평면소자를 자동으로 3차원 형태로 변형시킬 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다.

연구팀은 가전이나 자동차 부품에 널리 쓰이는 고분자, ABS 수지 기반으로 원하는 형태로 자동으로 변형할 수 있는 가변형 프레임을 제작해 실험했다.

우선 노즐이 내용물을 밀어내듯 소재를 압출하는 방식의 3D 프린팅을 이용해 전단응력(면의 표면에 밀리듯이 작용하는 응력)을 갖는 ABS선을 ABS 필름 위에 인쇄했다.

유리전이 온도 이상으로 가열해 유동성을 부여하면 전단응력이 해소되면서 평면에서 3차원 형태로 변형시킬 수 있는 상태로 유도한 것이 실험의 핵심이다. 유리전이는 액체를 냉각할 때 그 물질 고유의 온도영역에서 급격히 굳는 현상을 뜻한다.

실험을 통해 실제 만들어진 가변형 고분자 프레임에 금속전극과 산화물 반도체 소자를 장착하고 형태를 변형시킨 결과, 전극과 소자에 작용하는 응력이 현저히 감소해 안정적으로 구동하는 것을 확인했다.

해당 기술은 미리 설계한 형태로 변형하는 것은 물론 손으로 제어하기 힘든 작은 패턴이나 복잡한 구조도 구현할 수 있어 3차원 구조체가 필요한 센서, 디스플레이, 생체로봇 등에 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

평면 소자를 3차원 형태로 변형시킬 수 있게 되면 기존 반도체 공정기술로 만든 고성능·고집적 평면형 전자소자에 도입할 수도 있다.

단, 10㎛(마이크로미터) 이하의 아주 얇은 유연 전자소자를 원하는 형태로 변형하려면 소자의 안정성이 좀 더 뒷받침돼야 하고, 입체로 변형시키는 고도의 기술이 필요하다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구지원사업의 지원으로 수행됐으며 연구 결과는 신소재 분야 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials)'에 18일 게재됐다.

방정훈 한경닷컴 객원기자 newsinfo@hankyung.com