"3차원 형태로 자동변형 가능 전자소자 개발" 광주과학기술원 고흥조 교수팀 논문, SCI급 국제학술지 등재
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"3차원 형태로 자동변형 가능 전자소자 개발" 광주과학기술원 고흥조 교수팀 논문, SCI급 국제학술지 등재
  • 정 현 기자
  • 승인 2019.12.01 15:17
  • 댓글 0
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신소재 및 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials)’ 11월 18일자 게재
압출 전단 인쇄한 ABS 선의 방향에 따른 ABS 프레임워크의 형태 변형 모습 / 자료이미지=한국연구재단
압출 전단 인쇄한 ABS 선의 방향에 따른 ABS 프레임워크의 형태 변형 모습 / 자료이미지=한국연구재단

[위즈뉴스] 한국연구재단은 최근, 광주과학기술원 고흥조 교수 연구팀이 기존 고성능의 평면소자를 자동으로 3차원 형태로 변형시킬 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다. 

이번 연구결과는 미리 설계한 형태로 변형할 수 있고 손으로 제어하기 힘든 작은 패턴이나 복잡한 구조도 구현할 수 있어 3차원 구조체가 필요한 센서, 디스플레이, 생체로봇 등에 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구 내용을 담는 논문은 'Automatic Transformation of Membrane-Type Electronic Devices into Complex 3D structures via Extrusion Shear Printing and thermal Relaxation of Acrylonitrile-Butadiene-Styrene Frameworks' 라는 제목으로 신소재 및 재료과학 분야 SCI급 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials, IF=15.621)’ 11월 18일자에 게재됐다.

웨어러블 디바이스, 생체로봇 등이 원하는 대로 자유자재로 구동하기 위해서는 전(全) 방향 통신이 가능한 이미지 센서, 디스플레이 소자, 에너지 소자 등과 같이 3차원 형태의 전자소자가 중요하다. 

3차원 구조체에 전자소자를 직접 제작하는 공정에 대한 연구가 활발하지만 기존 평면 실리콘 기판 기반의 반도체 공정 수준을 따라잡기는 힘든 실정이었다. 

반면, 평면 소자를 3차원 형태로 변형시킬 수 있게 되면 기존 반도체 공정기술로 만든 고성능·고집적 평면형 전자소자를 그대로 활용할 수 있다. 

다만, 10마이크로미터(µm) 이하의 아주 얇은 유연 전자소자를 원하는 형태로 변형하려면 소자의 안정성이 뒷받침되어야 하며 입체로 변형시키는 고도의 기술이 필요하다.

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

ABS 수지는 아크릴로나이트릴(A), 부타디엔(B), 스티렌(S)의 세 가지 성분으로 도니 합성수지로 뛰어난 성형성과 가공성으로 가전 및 자동차 부품 등으로 이용되고 있다.

수동으로 형태를 변형할 때 따를 수 있는 손상을 완화하는 한편 손으로 만들기 힘든 복잡한 형태도 구현할 수 있어 의미가 있다. 

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

그리고 일정 온도(유리전이 온도) 이상으로 가열해 유동성을 부여하면, 전단응력이 해소되면서 평면에서 3차원 형태로 변형시킬 수 있는 상태로 유도한 것이 핵심이다.  

유리전이란 액체를 냉각할 때, 그 물질 고유의 온도 영역에서 급격히 굳는 현상을 말한다.

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

고흥조 교수 /사진=한국연구재단
고흥조 교수 /사진=한국연구재단

연구팀의 고흥조 교수는 "이번 연구의 성과는 필름형태의 전자소자를 손상 없이 안정적으로 3차원 형태로 자동으로 변화시키는 기술을 개발한 것이 가장 큰 특징"이라며 "3차원 전자소자 시스템은 전방향 통신이 필요한 이미지 센서, 디스플레이 소자, 안테나, 에너지 소자 또는 다양한 형태의 구현이 필요한 웨어러블 소자, 생체 로봇 등 그 활용도가 매우 높다"고 말했다. 

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구지원사업의 지원으로 수행됐다.



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