[사진출처=경희대학교]
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[한국강사신문 한상형 기자] 경희대학교(총장 한균태)는 화학공학과 오진영 교수가 전자 피부 반도체 금속화 기술 개발에 성공했다고 밝혔다.

전자 피부는 미래를 다룬 공상과학 영화의 주요 소재로 빈번히 등장한다. 많은 이의 상상 속에서만 존재했던 이 기술이 현실 속에서 구현될 날이 다가오고 있다. 오진영 교수의 이번 연구는 피부처럼 늘어나는 반도체 소재에 적합한 연신 금속 기술이 전무했던 상황에서 유의미한 성과다. 연구는 세계적인 학술지 <Science Advances (IF 14.136)>에 12월 21일(수) 공개됐다. 이번 연구는 한국연구재단과 한국산업기술평가관리원의 지원으로 진행됐다.

전자 피부를 구현하는데 반도체 성능뿐만 아니라 전도체 특성도 매우 중요하다. 전자 피부 반도체 소자의 전도체 전극이 최종적으로 전류를 전송하기 때문이다. 전류를 전송할 때 손실을 최소화해야 하는데 이를 위해서는 반도체와 전도체 간 전류 장벽을 낮추고, 전기 전도도는 높아야 한다. 기존의 연신 전도체는 유연성을 확보하기 위 고분자 전도체 혹은 탄소 소재를 주로 활용했다. 이 전도체들은 전기적 특성이 금속에 비해 떨어진다. 특히 탄소 소재는 몸에 유해한 반응을 유발할 수 있어 전자 피부에 활용되기엔 제한된다.

문제 해결을 위해서는 전기적 특성이 뛰어난 전도체 소재가 필요했다. 오진영 교수는 전기적 특성이 뛰어난 금속, 그중에서도 은(Ag)을 전도체 소재로 삼았다. 하지만 곧바로 난관에 직면했다. 금속을 늘릴 방법이 없었기 때문이다. 오진영 교수는 진공 상태에서 은을 증착시키는 방식으로 실마리를 찾았다. 오 교수는 “진공 증착 공정 과정에서 은 원자가 고분자 반도체층 안으로 확산하는 현상을 발견했다. 이 현상이 늘어날 수 있는 은-고분자 반도체 혼합층을 형성했다”고 말했다. 은 원자와 반도체 고분자 체인 간 물리적 결합으로 늘어날 수 있는 금속-반도체층을 제작한 것이다. 이를 통해 ‘금속은 늘어날 수 없다’는 상식을 깨트렸다.

물리적 결합 이후 전도체 표면에 얇은 나노 금속 박막이 형성됐다. 오진영 교수는 “나노 금속 박막이 전기적 특성을 좌우하는 핵심”이라고 강조하며 “나노 금속 박막은 적당한 두께가 유지돼야 한다”고 말했다. 오 교수는 금속 박막 표면을 나노 스케일 단위로 관측해 나노 금속 박막에 수십 나노 크기의 찢어짐이 있어야 오히려 잘 늘어날 수 있다는 사실도 발견했다. 그는 “연신에 의해 금속 박막에 나노 스케일의 찢어짐이 존재했지만, 물리적 결합으로 전류 흐름에 미치는 영향이 없고, 오히려 외부 자극을 더 잘 해소해줬다”고 설명했다.

오진영 교수는 전자 피부와 관련된 연구를 지속하고 있다. 지난 2018년에는 전자 피부에 적합한 점탄성 있는 전자재료를 개발했고, 2019년에는 늘어나고 스스로 회복하는 고분자 반도체를, 지난해에는 사람의 체온으로 전기를 만드는 전자 피부를 개발했다. 오 교수는 앞으로도 전자 피부 상용화를 위해 노력할 계획이다. 그는 피부에 부착하고 이식이 가능한 센서를 개발하고 있다. 이 센서는 사람의 감지 능력보다 뛰어난 성능으로 인간의 능력을 높이는 슈퍼 스킨(Super skin)으로 개발할 계획이다.

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