연구재단, 고무·금속 성질 갖는 첨단 바이오 신소재 개발

기술교육대 채수상 교수 등 국제 연구팀 '신축성 전극소재' 확보

뇌주름 형성 원리 이용, 안정성과 계면적합성 매우 우수

국제학술지 게재, 고무처럼 늘어나며 금속처럼 강해

[대전=뉴시스] 금속-나노상 형성 과정. 증착되는 금속원자와 탄성체 기판의 저분자량 분자 간 속도차이로 금속-탄성체 나노상이 형성된다. 이어 탄성체 기판과 계면에 형성된 금속-탄성체 나노상 층간의 기계적 불안정성 해소를 위해 마이크로 표면 주름이 자발적으로 형성된다.(사진=한국기술교육대학교 채수상 교수 제공)  *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 고무처럼 잘 늘어나고 금속수준으로 전기가 잘 통하는 안정성 높은 나노구조의 바이오 신소재가 개발됐다.
 
한국연구재단은 가천대 이태일 교수와 경희대 오진영 교수, 로렌스리버모어국립연구원 최원진 박사, 한국기술교육대 채수상 교수 등 국제 공동연구팀이 잘 섞이지 않는 두 물질인 고무와 금속을 뇌주름 형상의 '금속-탄성체 나노구조체'로 제조하는 기술을 개발했다고 23일 밝혔다.
   
피부를 닮은 전자피부나 촉각센서, 잘 구부러지는 디스플레이를 만들기 위해서는 전기가 통하면서도 유연한 소재가 필수적이다.
 
하지만 이런 신축성 전극 개발에서 금속물질과 고무와 같은 탄성체 간 반발력에 의해 서로 섞이지 않아 재료적 한계가 있었다.

이번에 국제 공동연구팀은 증착과정에서 열역학적론이 반대 개념인 속도론적 방법으로 열역학적으로 섞이기 싫어하는 금속과 탄성체를 섞어 각각의 물질 고유특성을 유지할 수 있는 나노구조체 신소재를 개발했다.

연구팀은 고무 탄성체 기판 위에 금속박막을 증착하는 과정에서 고무와 금속 각 물질들의 증착속도를 조절하는 방식으로 화학반응을 통제했다.
 
고무분자들의 이동속도와 증착되는 금속원자들의 증착속도 간의 상대적 차이를 조절, 나노니들 형태의 금속구조체들이 매우 조밀하게 연결된 금속-탄성체 나노상을 만드는데 성공했다.
 
증착은 금속을 고온으로 가열 및 증발시킨 뒤 그 증기로 금속을 박막에 밀착시키는 방법이며 나노니들(nano needle)은 머리카락 굵기보다 얇은 미세바늘로 화학물질을 전달, 이동하는 기술이다.

또 연구팀은 고무 탄성체 기판표면에 형성된 금속-탄성체 나노상이 기판과 계면 사이 큰 기계적 불안정성을 유도해 증착이 끝난 후 수 시간에 걸쳐 마치 뇌주름과 같은 형태의 표면 주름이 형성되는 것을 관찰했다.

이는 표면적이 높아지는 효과를 얻는 동시에 금속-탄성체 나노상 내부의 특이한 나노구조를 통해 기계·화학·열적 측면에서 기존 재료 보다 매우 높은 내구성을 띈다.

이 기술은 VR/웨어러블전자기기/웨어러블로봇 등 일상생활 속에서 우수한 표면 내마모성과 세탁 가능한 정도의 내구성이 요구되는 응용분야에 널리 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

한국연구재단이 추진하는 신진연구사업의 지원으로 수행된 이번 연구 결과는 재료분야 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 지난 9일 게재됐다.(논문명:Kinetically controlled metal-elastomer nanophases for environmentally resilient stretchable electronics)

한국기술교육대 채수상 교수는 "기존 신축성 전극이 가질수 없었던 매우 뛰어난 내구성을 바탕으로 차세대 웨어러블 의료 및 전자기기나 VR과 같은 응용 분야의 전극소재로 널리 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.


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