피부에 붙여도 티 나지 않는 ‘투명한 전자피부(Electronic Tattoo)’를 만들 길이 열렸다. 전자피부는 사람 피부 등에 스티커처럼 붙여 디스플레이, 생체신호 측정 등에 활용할 수 있는 초소형 전자회로다.
UNIST(총장 조무제) 박장웅 교수(신소재공학부), KAIST 배병수 교수, ETRI(한국전자통신연구원) 추혜용 단장으로 꾸려진 공동연구팀은 반으로 접거나 잡아당겨도 전기적 특성이 유지되는 고성능 ‘그래핀 투명전극’ 제조 기술을 개발했다. 이 전극을 이용해 피부나 유리, 나뭇잎 등에 쉽게 붙일 수 있는 투명 전자회로도 구현했다.
이번 연구 결과의 가장 큰 특징은 그래핀 복합체를 이용해 투명전극의 저항을 기존보다 20배 이상 낮췄다는 점이다. 이로써 휘어지는 디스플레이나 회로, 센서 등으로 활용할 수 있는 전자피부도 구현할 수 있었다.
박장웅 교수는 “기존에도 전자피부나 전자타투 등의 연구가 이뤄졌지만, 회로나 패턴들이 그대로 보이는 문제가 있었다”며 “이번 연구로 구현한 전자피부는 모든 물질을 투명하게 만들었기 때문에 어디에 부착해도 보이지 않아 실용적으로 사용가능할 것”이라고 말했다.
이번 연구에서 박 교수팀은 그래핀을 금속섬유와 결합해 기존 그래핀 투명전극이 가지는 문제점을 해결했다. 투명전극으로서 ‘저항값이 높다’는 그래핀의 한계를 극복한 것이다. 수 미터까지 길게 늘인 금속섬유는 연결저항을 줄였고, 그래핀 복합체를 통해 전자들이 잘 이동할 수 있어 저항값도 매우 낮아졌다. 그래핀 복합체 제작은 기존 디스플레이？반도체 공정을 그대로 적용했으므로 전극 패턴을 쉽게 만들 수 있다는 장점도 있다.
이번에 개발한 그래핀 투명전극은 기존보다 저항값이 250배가량 낮았다. 투명전극으로 대두되고 있는 금속 나노와이어와 비교해도 20배 이상 저항값이 낮은 우수한 전기적 특성(1Ω/sq)을 보였다. 공기 중에 장시간 노출하거나 열을 가해도 산화되지 않았고 유연성과 신축성도 우수했다.
이 내용은 나노 분야 세계 최고 권위지인 나노 레터스(Nano Letters) 10월 20일자 온라인 판에 게재됐다.
※ 논문명 : Stretchable and Transparent Electrodes using Hybrid Structures of Graphene-Metal Nanotrough Networks with High Performances and Ultimate Uniformity
