서울대 공과대학 기계공학부 교수팀 상온에서 활용 가능한 액체 금속 기반의 신축성 솔더/기법 개발

[베리타스알파=정우식 기자] 서울대는 공과대학 기계공학부 고승환 교수 연구팀이 상온에서 활용가능한 액체 금속 기반의 신축성 솔더링 기법을 개발했다고 5일 밝혔다.

최근 웨어러블, 로봇, 바이오 산업에 필수불가결한 스트레쳐블 일렉트로닉스 관련 기술이 전세계적인 이슈가 되고 있다. 전세계의 우수한 연구진들은 기존 일렉트로닉스의 신축화를 위해 전극, 기판 개발에 많은 에너지를 투여하고 있다. 그러나 이러한 노력에도 불구하고, 아직 스트레쳐블 일렉트로닉스의 상용화는 이뤄지지 않고 있다.

그 이유는 기판 및 전극이 신축화됐음에도 불구하고, 정보 처리, 통신, 센싱 등을 하는 초고도화된 다양한 SMD 칩과의 결합이 불안정하기 때문이다. 단단한 칩과 부드러운 전극의 계면에서는 응력 집중이 발생하고, 이 때문에 전극이 신축할 지라도, 칩과의 계면에서 파단이 발생한다. 

고승환 교수 연구진은 단단한 칩과 부드러운 전극 사이에서 발생하는 계면 파단 문제를 해결하기 위해, 레이저를 활용하여 프리스탠딩 액체금속-은 나노와이어 복합체를 개발했다. 해당 복합체는 800% 이상의 신축성, 금속과 유사한 전기 전도성, 무시해도 될 정도로 작은 접촉 저항을 지닌다. 이번 연구진은 이같은 복합체를 신축성 전극과 단단한 칩 간의 솔더링에 활용하여 기존의 스트레쳐블 일렉트로닉스에서 해결이 불가능했던 계면 문제를 해결했다.

뿐만 아니라, 기개발한 스티커가 프리스탠딩하단 성질을 활용하여 상온, 상압의 일반적인 환경에서 피부 위에 놓인 신축성 전극과 단단한 칩을 곧바로 솔더링할 수 있음을 선보였다. 이 기술을 통하여 손톱 위에 온습도 센서를 설치하고, 손등에 놓인 생체 전극에 LED를 설치했다. 또한 손가락 위에 온도, 압력 센서를 설치하여 이를 통하여 손가락에 닿은 물체의 온도를 측정하고, 모스 신호를 보내는 것을 선보였다. 

고승환 교수는 "이번 성과가 이전까지 고질적인 문제로 자리잡고 있었던 스트레쳐블 일렉트로닉스에서의 계면 문제를 해결하고, 더 나아가, 웨어러블 일렉트로닉스, 로보틱스 등 다양한 미래 산업 분야에서 활용할 수 있을 것으로 기대한다” 라고 밝혔다.