KAIST, ‘고신축·안정성’ 가진 아일랜드 기판 개발

[충청뉴스 이성현 기자] 한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 스티브 박 교수와 기계공학과 김택수 교수 연구팀이 기하학적으로 설계된 단단한 아일랜드 어레이 기반 신축성 기판을 개발했다고 7일 밝혔다.

아일랜드란 부드러운 폴리머 내부에 존재하는 상용 칩(LED, 배터리 등)들을 보호하기 위한 단단한 소재의 평평하고 얇은 판을 말한다. 아일랜드 구조의 효과적인 응력 분산을 통해 칩들 주변의 폴리머가 대신 늘어나면서 신축성을 가지는 전자장치를 구현할 수 있다.

연구팀은 신축성 있는 전자장치의 아일랜드 디자인을 기하학적으로 설계해 아일랜드와 그 주변 폴리머 기판과의 기계적 결합을 강하게 해주도록 설계했다.

대관람차 모양으로 디자인된 단단한 아일랜드는 기존의 원이나 사각형 모양의 아일랜드와 달리 다양한 방향의 변형에도 견딜 수 있으며 화학적 결합 없이도 모든 폴리머 재료에 응용 및 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

특히 단단한 아일랜드 어레이 구조는 기존의 딱딱하고 늘어나지 않는 소자들을 늘어나는 폴리머 소재와 결합해 신축성 있는 전자장치 구현을 가능하게 한다.

전자　장치가　모든 방향으로 쉽게　늘어나고　줄어들 수 있으면 태블릿　PC나　스마트폰을　사용자가　원하는 대로　화면을　늘려　비디오　시청을　쉽게　하거나　크기를　줄여　휴대성을　극대화할　수　있다.

다만 전자　장치가　변형됐을 때　단단한　아일랜드와　부드러운　폴리머　사이의　계면에는　결함이　발생하기　쉬우며　이로　인해　전극의　안정성이　취약하다.

연구팀은 문제 해결을 위해 기계적 결합력을 증가시키고 다양한 변형을 가능하게 하도록 수직 방향으로의 변형 저항성을 증가시킨 대관람차 모양의 아일랜드 디자인을 도출했다. 연구팀의 대관람차 모양의 아일랜드 어레이는 반복적인 잡아늘리기, 비틀면서 늘리기, 강하게 찌르기, 구기고 밟기 등의 실상황에서 일어날 수 있는 모든 외부 자극과 유사한 상황에 대해 약 1000회 동안 안정성을 보였다.

나아가 연구팀은 아일랜드 위에 LED 칩과 동전형 전지를 부착하여 신축성 있는 디스플레이와 배터리 팩을 구현했으며 자체 제작한 촉각 센서(압력센서와 인장센서)를 활용해 사용자의　건강정보를　수집할　수　있는　전자 피부를 만들었다.

스티브 박 교수는 "향후 신축성 전자장치의 상용화를 위해서는 일상 사용 시, 기기가 노출될 수 있는 혹독한 조건에서 높은 내구성을 확보하는 것이 매우 중요하며 연구진이　개발한　기술은 다양한 변형 모드에서 높은 내구성을　가지는　신축성 전자장치를　제작하는데　큰　도움을　줄 것으로 기대된다ˮ고 말했다.