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정성식(S. S. Jeong),허서준(S. J. Heo),김해진(H. J. Kim) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
최근 소프트 로봇, 웨어러블 전자 장치, 이식형 생체 전자 장치 등 다양한 응용 분야에 적용하기 위하여 탄성 공학에서 고내구성 신축성 전극에 대한 개발이 각광받고 있다. 이에 웨어러블 전자 장치의 안정된 전기적 성능과 기계적으로 우수한 내구성을 갖는 차세대 유연 소자 개발에 대한 연구가 필수적이다. 본 연구에서는 1 차원 Silver Nanowires (AgNWs)와 2 차원 Gold Nanosheets (AuNSs)를 Hybrid 형태로 사용하여 기계적 퍼콜레이션 네트워크를 형성함으로써 우수한 전기전도도 특성을 갖도록 하였다. 두 가지 Hybrid 소재를 고분자 고무인 Polydimethylsiloxane (PDMS)에 Embedding 하여 기계적으로 늘어나더라도 그 성능을 유지하도록 하였다. 제작된 신축성 전극을 기반으로 Poly (3-Hexylthiophene-2.5-diyl) (P3HT)와 PDMS 를 일정 비율로 섞어 나노 복합 반도체로 활용하여 기계적으로 다양한 자극 하에서 전기적 성능을 유지하는 신축성 유기 전계 효과 트랜지스터를 제작하였다. 제작된 신축성 트랜지스터의 기계적 성능 평가 및 활용을 위하여 전극에 발광다이오드를 연결하고 여러 개의 트랜지스터를 Active Matrix 로 구동하여 트랜지스터의 안정적인 성능을 구현함으로써 신축성 유연 소자의 활용 가능성을 보여주었다. 본 연구를 통하여 우수한 전기 전도성과 기계적 무결성을 가진 진보된 유연 소자는 차세대 유연 소자 개발의 무한한 가능성과 스마트 헬스 케어 산업 등의 활동 분야 성장에 크게 기여할 것으로 기대한다.
허서준(S. J. Heo),정성식(S. S. Jeong),김해진(H. J. Kim) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
현재 산업 동향은 웨어러블 전자 제품이라는 새로운 트렌드에 이목이 쏠리고 있다. 웨어러블 전자 제품은 전자 피부, 이식 가능한 바이오 의료 장치 및 상태 모니터링 센서를 포함한 광범위한 응용 분야에서 큰 잠재력을 보여주고 있다. 웨어러블 전자 제품 개발을 위하여 신축성 및 유연 소자의 광범위한 연구 및 개발이 이루어지고 있지만, 기계적 무결성 및 전기 전도성을 얻는 것은 여전히 어려운 과제로 남아있다. 신축성 및 유연 소자가 다양한 응용 분야에 상용화되기 위하여 소자의 기계적 내구성 확보를 기반으로 복잡한 회로 구성과 같은 응용 가능성 검증이 필수적이다. 특히, 신축성 전극의 고내구성, 낮은 저항 변화 및 낮은 성능 감소율이 필수적으로 요구된다. 본 연구에서는 금나노 시트(AuNSs)를 기반으로 신축성 전극을 개발하였다. 전극의 전기 전도성과 내구성 향상을 위하여 핫-프레싱(Hot-pressing)을 이용한 최적화를 진행하였다. 그 결과, 50%의 인장, 100,000 회의 인장-수축 사이클 등 다양한 기계적 자극에 대해 낮은 저항 변화를 확인할 수 있었다. 또한, 금 나노 시트 전극에 퍼콜레이션 네트워크 기반 유기 반도체를 사용하여 인장 시 성능 유지가 가능한 트랜지스터를 제작하였다. 최종적으로 트랜지스터를 이용하여 복잡한 회로 구성으로 소자의 응용 가능성을 입증하였다. 본 연구에서 개발한 신축성 소자를 기반으로 전자 피부, 이식형 바이오 의료 장치와 같은 웨어러블 전자 제품 산업에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대한다.