[디지털데일리 박세아 기자] 웨어러블 기기 핵심 부품으로 이용될 수 있는 나노박막 전극이 개발됐다. 머리카락 두께보다도 얇은 이 박막은 전기가 잘 통하면서도 신축성까지 좋아 차세대 디바이스에 광범위하게 사용될 것으로 기대를 모으고 있다.

과학기술정보통신부(장관 임혜숙)는 IBS(원장 노도영) 나노입자 연구단 김대형 부연구단장(서울대 교수)과 현택환 단장(서울대 석좌교수)이 세계 최고 성능의 나노박막 전극을 개발했다고 27일 밝혔다.

해당 내용은 국제학술지 사이언스(Science, IF 47.728)에 27일 03시(한국시간) 게재됐다. 이번 연구는 ‘수상 정렬 방법(Float assembly method)’이라는 새로운 개발 방법이 사용됐다. 이를 통해 기존 방법으로는 구현할 수 없었던 높은 전도성과 나노 두께, 우수한 신축성 등을 모두 지닌 고성능 나노박막 전극을 제조할 수 있게 됐다.

고성능 나노박막 전극은 금속만큼 전기가 잘 통하면서도, 머리카락 두께 1/300 수준(250nm)으로 얇다. 연구팀은 이 전극이 높은 신축성을 지녀 피부 부착형 웨어러블 디바이스 핵심 부품으로 응용될 것으로 보고 있다.

피부 부착형 웨어러블 디바이스는 기계적 물성이 피부의 물성과 비슷한 특성을 가져야 한다. 디바이스 핵심 부품인 전극은 우수한 신축성과 높은 전기 전도성, 얇은 두께는 물론 고해상 패터닝도 가능해야 한다.

나노박막 전극 전기 전도도는 10만S/㎝로 금속과 유사한 수준이다. 원래 길이 10배까지 늘어나도 기계적 결함 없이 전기적 성질이 유지된다. 두께는 250nm 수준으로 매우 얇아 피부처럼 굴곡이 있는 표면에도 달라붙을 수 있다.

자외선 포토리소그래피를 이용한 선폭 20㎛ 고해상도 패터닝에도 성공했다. 이를 통해 나노박막 전극을 원하는 형태로 재단해 다양한 전자소자로 만들 수 있다. 포토리소그래피는 빛에 반응하는 고분자를 이용해 기판에 원하는 회로나 모양을 식각하는 것이다.

연구진은 나노박막 전극을 이용해 피부 부착형 다기능 적층 디바이스를 개발했다. 피부에서 근전도와 습도, 온도, 인장력 등 다양한 생체신호를 동시에 관찰할 수 있음을 증명했다.

김대형 부연구단장은“고성능 신축성 나노전극은 차세대 웨어러블 디바이스들에 광범위하게 이용될 것”이라고 말했다. 현택환 단장은 “수상 정렬 방법이 금속 전도체 나노소재뿐만 아니라 반도체, 자성체 등 여러 종류 나노소재들과 고무를 조합할 수 있어 고기능성 신축성 나노소재로 개발될 것”이라고 설명했다.