한기대 채수상 교수팀, 뇌 주름 형상 닮은 신축 전자소재 개발

[천안신문] 한국기술교육대학교(총장 유길상, 이하 한기대) 에너지신소재화학공학부 채수상 교수 연구팀이 주도한 국제 공동 연구팀이 뇌주름과 같이 소재의 표면적을 증가시킨 독특한 나노구조를 통해 고무처럼 잘 늘어나면서 금속만큼 전기가 잘 통하는 내구성 높은 신축 전극 소재를 개발했다고 밝혔다. 

최근 전자피부, 웨어러블 로봇 등 착용형 전자기기 개발이 활발하다. 피부를 닮은 전자피부나 촉각센서, 잘 구부러지는 디스플레이를 만들기 위해서는 전기가 통하면서도 유연한 소재가 필수적이다. 하지만 이런 신축성 전극 개발에서 금속 물질과 고무와 같은 탄성체 간 반발력에 의해 서로 섞이지 않아 재료적 한계가 있었다.

채수상 교수 연구팀은 ‘속도론적 방법’이라는 새로운 접근으로 이 문제를 해결했다. 열역학적으로 섞이기 싫어하는 금속과 탄성체를 섞어서 각각의 물질 고유 특성을 유지하는 나노구조체 신소재를 개발했다. 

연구팀은 고무 탄성체 기판 위에 금속 박막을 증착 하는 시스템에서, 고무와 금속 각각 물질들의 증착 속도를 조절하는 방식으로 화학 반응을 통제했다. 고무 분자들의 이동속도와 증착되는 금속 원자들의 증착 속도 간의 상대적 차이를 조절, 나노니들 형태의 금속구조체들이 매우 조밀하게 연결된 금속-탄성체 나노상을 만드는데 성공했다.

또한 이렇게 고무 탄성체 기판 표면에 형성된 ‘금속-탄성체 나노상’은 기판과 계면 사이의 큰 기계적 불안정성을 유도해 증착이 끝난 후, 수 시간에 걸쳐 마치 뇌주름과 같은 형태의 표면 주름이 형성되는 것도 관찰했다. 

이는 표면적이 높아지는 효과를 얻는 동시에 ‘금속-탄성체 나노상’내부의 특이한 나노구조를 통해, 기계적·화학적·열적 측면에서 기존 재료에서 보기 힘든 정도의 높은 내구성을 보였다. 이번 연구 성과는 재료 분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 4월 9일 게재되었다. 

연구를 주도한 채수상 교수는 "유리와 실리콘 기판처럼 딱딱한 기판과는 다른 소프트 기판 표면의 특이성에 착안하여 기존 신축성 전극이 가질수 없었던 매우 뛰어난 내구성을 가진 신축 전극 소재를 개발했다"라며 "이를 바탕으로 차세대 웨어러블 의료 및 전자기기나 VR과 같은 응용 분야의 전극소재로 널리 활용될 수 있을 것"이라고 설명했다.