나무뿌리가 흙에 단단히 고정되는 구조를 모방해 최대 700% 늘어나는 스트레처블 전자기판을 국내 연구진이 개발했다. 스마트 저항밴드와 스트레처블 LED 디스플레이, 태양전지 등에 활용 가능할 것으로 기대된다.
한국과학기술원(KAIST) 기계공학과 박인규 교수 연구팀은 한국전자통신연구원(ETRI)과 '생체모사 인터페이스 설계(Bioinspired Interfacial Engineered Flexible Island, 이하 BIEFI)'를 개발했다고 6일 밝혔다.
연구팀은 전자제품의 유연성, 신축성과 기계적 내구성을 동시에 확보하기 위해 나무의 주 뿌리(primary roots)와 보조 뿌리(secondary roots) 구조를 설계에 적용해 응력을 분산시키고, 기계적 인터로킹(interlocking)을 통해 두 기판 사이의 강력한 접착력을 구현했다.
주 뿌리는 응력을 효과적으로 분산시키며 인터페이스 균열을 지연시키는 역할을 한다. 보조 뿌리는 기판 사이의 접착력을 강화하고 변형 중에도 인터페이스의 안정성을 유지하도록 돕는다. 이러한 설계는 다양한 변형 상황에서도 높은 기계적 신뢰성과 소자의 성능을 제공한다.
이같은 구현 방식으로 연구팀은 기판을 최대 700%까지 늘릴 수 있는 신축성을 확보했다. 또 1000회가 넘는 물리적 변형 시도에도 안정적인 구조를 지탱할 수 있는 설계를 하는데 성공했다. 이에 따라 늘리거나 비틀림, 압축 등 물리적 변형에도 견딜 수 있는 내구성을 확보했다.
이 기술은 구부림과 비틀림 등 다양한 변형에도 안정적으로 작동하기 때문에 실시간으로 운동 데이터를 측정할 수 있는 스마트 저항밴드에 적용하면 사용자의 운동 강도와 균형을 정밀하게 분석할 수 있다. 태양전지에도 활용할 수 있다. 유연한 태양전지는 에너지를 저장하고 LED를 구동하는데 성공해, 에너지 하베스팅과 저장장치로서의 잠재력을 입증했다.
박인규 교수는 "이러한 생체모사형 설계가 차세대 전자기술을 위한 새로운 표준이 될 수 있다"면서 "앞으로 인터페이스 설계의 최적화와 접착력 향상, 더욱 복잡한 뿌리 구조 모방 등을 통해 기술을 발전시켜 나갈 계획"이라고 말했다.
이번 연구결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 게재됐다.
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