최근 스마트워치나 피트니스 밴드 같은 웨어러블 기기들에 대한 관심이 매우 높다. 특히 옷처럼 입는 형태에서 피부에 붙이는 형태로 기술이 확장되고 있다. 국내연구진이 이 같은 흐름을 앞당길 수 있는 기술을 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST) 스핀융합연구단 이현정 박사팀이 하이드로젤과 나노 잉크 소재를 이용해, 다양한 형태와 구조의 유연기판에 고성능 센서를 손쉽게 만들 수 있는 전사 프린팅 기술을 개발했다고 18일 밝혔다. 하이드로젤은 물을 사용한 젤리 모양 물질이다.

전사 프린팅 공정은 피부에 붙였다 떼면 그림이 옮겨지는 판박이 스티커처럼 프린트할 제품을 미리 만들어놓고 옮길 수 있는 공정이다. 열이나 화학적으로 취약한 기판에 소자를 만들 때 생기는 여러 어려움을 피할 수 있어, 플렉서블 소자 제조에 널리 활용한다. 하지만 지금까지 개발된 전사 프린팅공정은 주로 평평한 기판에 쓸 수 있다는 단점이 있었다.

KIST 이현정 박사팀은 이러한 한계를 극복하고, 다양한 표면과 거친 특성을 지닌 유연 기판에 고성능 유연 센서를 만들 수 있는 쉽고 간단한 전사 프린팅 공정기술을 개발했다.

KIST 연구진은 하이드로젤 소재가 작은 구멍이 많은 다공성이면서 친수성인 점에 착안했다. 수용액 기반 나노소재 잉크를 기판 형태로 굳힌 하이드로젤 표면에 인쇄하면 인쇄 잉크 중 계면활성제와 물은 하이드로젤 구멍으로 빠르게 빠져나간다. 그리고 구멍보다 크면서 소수성 특성을 지닌 나노 소재만 하이드로젤 표면에 남아 원하는 패턴으로 전극을 만든다.

이때 프린팅 하는 나노 잉크 양을 적게 했더니 전극이 만들어지는 속도가 매우 빨라 나노전극 구조가 균일하고 순도가 높아 전기적 특성이 뛰어났다. 또한 나노 소재의 소수성 특성으로 하이드로젤과 상호 작용이 매우 낮아 전극을 다양한 기판에 손쉽게 전사할 수 있었다.

KIST 이현정 박사는 “고성능 유연 센서를 다양한 특성과 구조를 지닌 기판에 손쉽게 구현하는 새로운 방법을 제시한 것”이라며 “앞으로 디지털 헬스케어, 지능형 인간-기계 인터페이스, 의공학, 차세대 전자소자 분야 등 유연 기판이나 비전통적 기판 소재에 집적하는 고성능 소자 구현을 필요로 하는 다양한 분야에 활용 가능할 것으로 기대한다”고 밝혔다.

이 연구결과는 나노분야 국제 저널인 ‘나노 레터스’최신호에 게재됐다.

박응서 테크엠 기자  gopoong@techm.kr