(좌측부터) DGIST 화학물리학과 이성원 교수, 최혁주 박사과정생. (사진=DGIST 제공)

(CNB뉴스=신규성 기자) DGIST는 화학물리학과 이성원 교수 연구팀이 한밭대학교 강현일 교수, 경북대학교 노종욱 교수 연구팀과 공동으로 반도체 제조에 사용되는 전사(transfer) 기술을 응용해 통기성 나노메쉬 기판 위에 고해상도 전자피부(e-skin) 기기를 구현하는 데 성공했다고 밝혔다.

전자피부는 건강 모니터링이나 생체 신호 측정을 위해 인체나 살아 있는 조직 표면에 밀착되는 초박형 전자기기다. 전자피부가 효과적으로 작동하기 위해서는 피부 굴곡을 그대로 따라가는 ‘등각 접촉(conformal contact)’과, 장시간 착용해도 땀이나 습기가 빠지지 않아 발생하는 피부 자극·염증을 최소화할 수 있는 높은 통기성이 필수적이다. 이 때문에 고분자 나노섬유가 그물처럼 얽힌 구조의 나노메쉬 기판은 차세대 전자피부 소재로 주목받아 왔다.

그러나 나노메쉬는 섬유가 얽힌 거친 표면 구조를 가지고 있고, 고분자 특성상 고온 정밀 공정을 적용하기 어렵다는 한계가 있어 실제 소자 제작에는 제약이 있었다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 반도체 소자 제작에 사용되는 전사기술을 나노메쉬 구조에 맞게 변형한 간접 전사(indirect transfer) 방식을 도입했다. 이를 통해 나노메쉬 기판에서도 고해상도 패턴의 전자회로를 안정적으로 구현하는 데 성공했다.

특히 기존 나노메쉬 전극이 안정적 전도성을 확보하려면 보통 100nm 이상의 두께가 필요했던 반면, 이번 연구에서 개발된 초박막 전극은 20nm 이하에서도 높은 전기전도도를 유지했다. 또한 전극은 굽힘 반경 0.5~2.5mm의 극한 변형 환경, 물·과산화수소·아세톤 등 화학적 환경, 높은 온도·습도 변화 등 피부의 생리 조건에서도 성능 저하 없이 우수한 내구성을 보였다.

이성원 교수는 “고해상도이면서도 통기성을 갖춘 전극은 차세대 웨어러블 기기 개발의 핵심 기술”이라며 “이번 성과는 통기성 기반 전자피부의 실용화를 한 단계 앞당긴 중요한 연구”라고 말했다.

한편 이번 연구는 한국연구재단 지역혁신선도연구센터사업과 DGIST 일반사업의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 국제 저명 학술지 Materials Today에 게재됐다.