웨어러블 바이오센서 핵심 기술 개발 - 나노 소재와 바이오 물질을 이용하여 효소와 전자를 직접 주고받는 방식의 고 생체 안정성, 고선택성, 고민감도 바이오센서 기술 개발 - 유연집적소자 구현이 가능하고 다양한 효소에 적용 가능한 플랫폼 기술로 차세대 헬스케어용 웨어러블 디바이스에 활용 가능 최근 신체에 착용하거나 부착하여 생체 정보를 모니터링하고 건강을 관리할 수 있는 웨어러블 디바이스에 대한 관심이 급격히 증가하고 있다. 지금까지개발된 웨어러블 센서는 주로 인체의 움직임이나 물리적인 정보들을 모니터링하는 것이 주류였다. 인체에 부착하여 눈물, 땀 등 생체 용액을 분석하여 건강지표와 관련 있는 화학적인 정보를 얻을 수 있는 웨어러블 센싱 플랫폼 기술은 상대적으로 그 개발 속도가 뒤쳐졌다. 이는 웨어러블 바이오센서의 경우 선택성과 민감도뿐만 아니라 신체 안정성과 기계적 유연성이 동시에 만족해야 하므로 이를 구현하는 데 기술적으로 어려움이 있었기 때문이다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 스핀융합연구단 이현정 박사팀이 “나노 소재와 바이오 물질을 이용하여 인체 안정성이 높고 선택성과 민감도가 뛰어난 유연 바이오 센싱 플랫폼 기술을 개발했다”고 밝혔다. 눈물, 땀, 타액 등의 생체 용액은 건강 상태와 관련된 생체 지표들(바이오마커)을 많이 포함하고 있다고 알려져 있다. 인체에 부착 혹은 착용하여 이러한 생체 용액을 분석하고 바이오 마커 정보를 주고받을 수 있는 웨어러블 바이오센서 기술은 전세계 기업, 연구소, 대학에서 활발하게 개발하고 있다. 생체 내 바이오 마커와 결합하는 효소들은 바이오 마커와 전자를 직접 주고받을 수 있는 산화환원센터를 가지고 있는 경우가 많다. 기존에 널리 사용되는 효소 기반 바이오센서는 화학적 매개체를 통하여 효소의 이러한 산화환원센터로부터 전자를 전극으로 전달 받았는데 (제 2세대 바이오센서), 이러한 전자 매개체로 사용되는 물질은 대게 독성이 높은 화학 물질이어서 인체에 적용하는 웨어러블 디바이스에 적용하는데 한계가 있었다. 반면, 효소의 산화환원센터와 전극이 매개체 없이 직접적으로 전자를 주고받는 방식인 직접-전자-전달 (Direct-Electron-Transfer, DET) 방식을 이용하는 제 3세대 바이오센서의 경우, 화학적 매개체를 이용하지 않으므로 인체 안정성이 높고, 동작 전압이 낮아 방해요소인자들에 대해서 둔감하므로 선택성도 매우 높다고 알려져 있다. 그러나 DET 방식의 제 3세대 바이오센서는, 효소의 산화환원센터와 전극 간의 저항이 높아 그 전자 전달 효율이 낮은것이 큰 문제였다. 특히 눈물, 땀, 타액 등의 생체 용액 내에 있는 건강지표 인자들은 혈액 내에 존재할 때 보다 그 농도가 수십 배 이상 낮은 경우가 많아 전자 전달 효율이 낮은 DET 방식을 적용하기는 더욱 어려웠다. 나노전자소재를 전극으로 이용하면 효소와 긴밀한 전기적 접촉이 가능해 효소와 전극 간의 저항을 낮춰 직접적인 전자 전달의 효율을 높일 수가 있다. 그러나 기존의 나노 소재 기반 효소 전극 공정은 전극을 기능화 시키는 과정에서 전극의 전기적 특성이 저하되는 경우가 많아 효율이 높지 않거나 유연집적소자공정에 적합하지 않아 웨어러블 디바이스에 적용하기 어려웠다. 이현정 박사팀은 고전도성 나노전자소재인 단겹탄소나노튜브와 강한 결합력을 가진 실 모양의 바이오 물질을 이용하여 (M13 박테리오파지) 단겹탄소나노튜브를 나노그물 구조의 대면적 전도성 나노메쉬 전극으로 형성하고, 고분자 전해질 층을 이용하여 효소를 나노메쉬 전극과 결합시켜 전자전달효율이 높은 나노메쉬 효소전극을 개발하였다. 나노메쉬 전극은 기계적인 유연성이 뛰어나고 수용액에서 대면적으로 형성되므로 단순한 공정으로 유연소자제작이 가능하다. 또한 연구진이 개발한 바이오 물질은 수용액에서 음전하를 띄고 있어서 반대 전하를 띄는 고분자 전해질 층을 이용하여 효소를 나노메쉬 전극에 효율적으로 고정화시킬 수 있었다. 연구팀이 개발한 나노메쉬 효소전극을 이용한 제 3세대 글루코스센서는 그 민감도가 세계적 수준의 값을 나타내었으며, 특히 세계 최초로 구현한 제 3세대 유연글루코스센서도 비슷한 수준의 민감도를 보임으로써 차세대 헬스케어용 웨어러블 바이오센서로의 높은 적용 가능성을 보여주었다. 연구팀은 또한 개발한 나노메쉬 효소전극 기술을 적용하여 글루코스센서에 쓰이는 글루코스옥시다아제 효소를 비롯하여 콜레스테롤 옥시다아제, 락테이트 옥시다아제 등 총 8가지 다른 효소에 대해서 전자를 직접 주고받을 수 있음을 증명하였다. 또한 나노메쉬 효소 플랫폼은 바이오 플루이드 내 주요 방해 인자들로 알려진 ascorbic acid, uric acid, acetaminophen등에는 반응을 하지 않아서 바이오 센서의 가장 큰 이슈 중 하나인 선택성 측면에서도 뛰어난 특성을 나타내었다. 따라서 본 연구를 통하여 개발된 기술을 적용한 웨어러블 디바이스를 이용하면 글루코스뿐만 아니라 젖산, 콜레스테롤, 과산화수소 등 여러 건강지표 인자들을 효과적으로 모니터링 할 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구는 KIST의 주요 연구 사업으로 수행되었으며, 연구결과는 재료 연구 분야의 학술지인 어드밴스드 머티리얼즈 (Advanced Materials)지에 12월 14일자에 온라인으로 게재되었다. * (논문명) Direct Electron Transfer of Enzymes in a Biologically Assembled Conductive Nanomesh Enzyme Platform - (제1저자) 한국과학기술연구원 이승우 박사 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이현정 박사 <그림자료> <그림 1> 왼쪽: 효소와 직접 전자를 주고받기 위하여 나노전극으로 사용한 나노메쉬소재의 이미지와 그 나노구조의 개략도. 오른쪽: 나노메쉬기반 효소전극 플랫폼의 나노구조의 개략도. 전자를 주고받을 수 있는 효소(enzyme)가 고분자 전해질 층 (polyelectrolyte)을 통하여 나노메쉬에 접촉되어 있음. 나노메쉬에서 단겹탄소나노튜브는 전기를 통하는 나노 전극역할을 하며, M13 phage 바이오 물질(M13 phage)은 나노메쉬의 나노구조를 제어할 뿐 아니라 대면적 나노메쉬구조를 유지하고 안정화하는 역할도 하게 된다. 또한 표면에 전하를 띄고 있어서 고분자 전해질 층을 이용하여 효소를 고정화시키는 역할도 한다. <그림2> 나노메쉬기반 글루코스 옥시다아제 효소 (GOx) 전극(GOx/PEI/Nanomesh/Au)과 나노메쉬가 없는 일반적인 금 효소 전극(GOx/PEI/Au)에서 글루코스옥시다아제 효소의 직접전자전달 효율을 비교한 그림. 직접전자전달효율이 높을수록 FAD redox에서 나오는 전류피크의 크기가 크다. 나노메쉬가 형성된 전극에서 효소의 전자전달효율을 매우 높임을 알 수 있다. <그림3> 나노메쉬 효소전극을 이용한 제3세대 유연 글루코스센서. 글루코스의 양이 증가할수록 직접전자전달에 의한 전류크기가 줄어드는데, 그 줄어드는 정도가 글루코스의 양에 비례함을 이용하여 글루코스센서를 구현할 수 있다. 나노메쉬 효소 전극기반 글루코스센서는 유연할 뿐만 아니라 방해 물질에 대하여 선택성이 뛰어나고 감도가 좋아 눈물, 땀과 같은 생체 용액 내에서 낮은 농도를 지닌 표적 물질만 모니터링 할 수 있는 고성능 웨어러블 센서로 유용하게 응용될 수 있다. <그림4> 나노메쉬 효소전극 기반 바이오 센싱 플랫폼. 건강지표와 관련이 있는 콜레스테롤, 젖산, 과산화수소 등 다양한 성분과 반응하는 효소에 대하여도 전자를 직접주고 받을 수 있으며 바이오센서로 응용이 가능함.

- 인쇄 공정으로 제작된 투명 구조체 삽입, 신축성 박막의 물리적 특성 제어 - 기계적 변형력 영향 제어 가능, 신뢰성 높은 웨어러블 전자 소자 응용 기대 최근 사물인터넷(IoT, Internet of Things) 기술이 발전함에 따라 플렉시블 전자소자를 넘어 인체에 부착 가능한 신축성 웨어러블 전자기기에 많은 관심이 집중되고 있다. 기존의 반도체 소자의 경우, 늘어나거나 수축될 때 발생하는 기계적 변형력(응력, stress)이 신축성 기판과 기능성 박막소자 사이에 서로 영향을 주어 전기적 성능이 저하되는 문제점이 있었다. 그래서 안정적인 웨어러블 전자 소자 구동을 위해서는 신축성 전자 재료 및 플랫폼에 대한 최적화 연구가 필수적으로 요구된다. 국내 연구진이 피부처럼 늘어나면서도 다양한 박막의 전기적·기계적 및 표면형태학적 특성을 자유자재로 조절할 수 있는 신축성 플랫폼 개발에 성공했다고 밝혔다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 광전하이브리드연구센터 정승준 박사팀은 서울대학교(총장 직무대리 박찬욱) 전기정보공학부 홍용택 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 신축성 플랫폼 안에 기계적 강도가 높은 투명 구조체 조합을 삽입하여 웨어러블 기판과 박막 소자 간에 신축 시 발생하는 기계적 변형력의 영향을 제어하는 연구결과를 발표했다. 기존의 연구에서는 이러한 기계적 변형력의 영향을 최소화하기 위해 신축성 플랫폼 표면 위, 혹은 전자소자에 인위적으로 구조를 넣는 결과들이 보고되었으나, 공정이 어렵고, 적용 가능한 신축성 전자 재료 후보 군이 제한된다는 단점이 있었다. 또한 변형력 발생 시 박막 소자의 전기·기계·광학적 및 표면형태학적 고유 성질이 변하는 특성이 있어, 다양한 박막소자에 대한 해당 특성들을 제어하기에는 한계가 있었다. KIST-서울대 공동연구진이 개발한 신축성 플랫폼은 피부처럼 얇고 신축성이 있지만, 그 내부에 기계적 강도 및 영률(Young’s modulus)*이 높은 투명한 구조체 조합들이 삽입되어 있다. 수십 마이크로미터(？m, 100만분의 1미터) 크기의 단단한 투명 구조체들이 대면적, 저비용 공정이 가능한 잉크젯 인쇄공정으로 제작되어 주기적으로 배열되어 있다. 신축성 기판과 삽입 되어있는 구조체 간의 주기적인 영률(Young’s modulus) 분포의 차이에 의해 신축성 플랫폼 표면 상에서 제어되고 있는 기계적 변형력 분포(strain distribution)를 알 수 있게 된다. 따라서 임의의 박막을 신축성 플랫폼 표면에 올려놓았을 때, 그 박막 또한 동일한 변형력 분포에 의한 영향을 받게되어, 신축 시 박막 고유 특성들이 제어되는 원리이다. *영률(Young’s modulus) : 고체 탄성률의 하나, 물체를 양쪽에서 잡아 늘일 때, 물체의 늘어나는 정도와 변형되는 정도를 나타내는 탄성률. 특히 연구진은 구조체의 강도, 크기, 배열에 따라 신축 시 박막 소자가 받는 기계적 변형력 정도를 조절할 수 있을 뿐 아니라, 원하는 영역에 기계적 변형력을 집중시키거나 분산시키는 것이 가능하다는 것을 규명했다. 또한 실험과 시뮬레이션을 통해 신축 시 금속 박막, 산화물 박막, 유기물 박막 등 다양한 박막의 전기적, 기계적 및 형태학적 특성을 자유자재로 조절할 수 있음을 밝힌 것에 큰 의의가 있다. KIST 정승준 박사는 “이번 연구를 통해 신축 시 발생하는 변형력에 따른 박만 특성 변화를 제어할 수 있을 뿐 아니라, 변형력에 민감한 웨어러블 디스플레이 및 센서 같은 전자기기의 신뢰성을 높이는데 활용될 수 있을 것으로 기대한다.”고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업과 정보통신기술진흥원 스킨트로닉스 연구과제로 수행되었으며, 연구결과는 국제 학술지 ‘Advanced Materials’ (IF : 21.950, JCR 분야 상위 1.027%)에 최신호에 표지 논문(Back cover highlighted)으로 게재되었다. * (논문명) Artificial Soft Elastic Media with Periodic Hard Inclusions for Tailoring Strain­Sensitive Thin­Film Responses - (제1저자) 서울대학교 기계항공공학부 변정환 박사 후 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 정승준 선임연구원 - (교신저자) 서울대학교 전기정보공학부 홍용택 교수 <그림설명> <그림 1> 본 연구에서 제안된 신축성 플랫폼을 통한 박막의 물리적, 기계적 특성 제어 <그림 2> 표지 논문으로 선정된 연구성과 모식도 이미지

- 인쇄 공정으로 제작된 투명 구조체 삽입, 신축성 박막의 물리적 특성 제어 - 기계적 변형력 영향 제어 가능, 신뢰성 높은 웨어러블 전자 소자 응용 기대 최근 사물인터넷(IoT, Internet of Things) 기술이 발전함에 따라 플렉시블 전자소자를 넘어 인체에 부착 가능한 신축성 웨어러블 전자기기에 많은 관심이 집중되고 있다. 기존의 반도체 소자의 경우, 늘어나거나 수축될 때 발생하는 기계적 변형력(응력, stress)이 신축성 기판과 기능성 박막소자 사이에 서로 영향을 주어 전기적 성능이 저하되는 문제점이 있었다. 그래서 안정적인 웨어러블 전자 소자 구동을 위해서는 신축성 전자 재료 및 플랫폼에 대한 최적화 연구가 필수적으로 요구된다. 국내 연구진이 피부처럼 늘어나면서도 다양한 박막의 전기적·기계적 및 표면형태학적 특성을 자유자재로 조절할 수 있는 신축성 플랫폼 개발에 성공했다고 밝혔다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 광전하이브리드연구센터 정승준 박사팀은 서울대학교(총장 직무대리 박찬욱) 전기정보공학부 홍용택 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 신축성 플랫폼 안에 기계적 강도가 높은 투명 구조체 조합을 삽입하여 웨어러블 기판과 박막 소자 간에 신축 시 발생하는 기계적 변형력의 영향을 제어하는 연구결과를 발표했다. 기존의 연구에서는 이러한 기계적 변형력의 영향을 최소화하기 위해 신축성 플랫폼 표면 위, 혹은 전자소자에 인위적으로 구조를 넣는 결과들이 보고되었으나, 공정이 어렵고, 적용 가능한 신축성 전자 재료 후보 군이 제한된다는 단점이 있었다. 또한 변형력 발생 시 박막 소자의 전기·기계·광학적 및 표면형태학적 고유 성질이 변하는 특성이 있어, 다양한 박막소자에 대한 해당 특성들을 제어하기에는 한계가 있었다. KIST-서울대 공동연구진이 개발한 신축성 플랫폼은 피부처럼 얇고 신축성이 있지만, 그 내부에 기계적 강도 및 영률(Young’s modulus)*이 높은 투명한 구조체 조합들이 삽입되어 있다. 수십 마이크로미터(？m, 100만분의 1미터) 크기의 단단한 투명 구조체들이 대면적, 저비용 공정이 가능한 잉크젯 인쇄공정으로 제작되어 주기적으로 배열되어 있다. 신축성 기판과 삽입 되어있는 구조체 간의 주기적인 영률(Young’s modulus) 분포의 차이에 의해 신축성 플랫폼 표면 상에서 제어되고 있는 기계적 변형력 분포(strain distribution)를 알 수 있게 된다. 따라서 임의의 박막을 신축성 플랫폼 표면에 올려놓았을 때, 그 박막 또한 동일한 변형력 분포에 의한 영향을 받게되어, 신축 시 박막 고유 특성들이 제어되는 원리이다. *영률(Young’s modulus) : 고체 탄성률의 하나, 물체를 양쪽에서 잡아 늘일 때, 물체의 늘어나는 정도와 변형되는 정도를 나타내는 탄성률. 특히 연구진은 구조체의 강도, 크기, 배열에 따라 신축 시 박막 소자가 받는 기계적 변형력 정도를 조절할 수 있을 뿐 아니라, 원하는 영역에 기계적 변형력을 집중시키거나 분산시키는 것이 가능하다는 것을 규명했다. 또한 실험과 시뮬레이션을 통해 신축 시 금속 박막, 산화물 박막, 유기물 박막 등 다양한 박막의 전기적, 기계적 및 형태학적 특성을 자유자재로 조절할 수 있음을 밝힌 것에 큰 의의가 있다. KIST 정승준 박사는 “이번 연구를 통해 신축 시 발생하는 변형력에 따른 박만 특성 변화를 제어할 수 있을 뿐 아니라, 변형력에 민감한 웨어러블 디스플레이 및 센서 같은 전자기기의 신뢰성을 높이는데 활용될 수 있을 것으로 기대한다.”고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업과 정보통신기술진흥원 스킨트로닉스 연구과제로 수행되었으며, 연구결과는 국제 학술지 ‘Advanced Materials’ (IF : 21.950, JCR 분야 상위 1.027%)에 최신호에 표지 논문(Back cover highlighted)으로 게재되었다. * (논문명) Artificial Soft Elastic Media with Periodic Hard Inclusions for Tailoring Strain­Sensitive Thin­Film Responses - (제1저자) 서울대학교 기계항공공학부 변정환 박사 후 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 정승준 선임연구원 - (교신저자) 서울대학교 전기정보공학부 홍용택 교수 <그림설명> <그림 1> 본 연구에서 제안된 신축성 플랫폼을 통한 박막의 물리적, 기계적 특성 제어 <그림 2> 표지 논문으로 선정된 연구성과 모식도 이미지

- 인쇄 공정으로 제작된 투명 구조체 삽입, 신축성 박막의 물리적 특성 제어 - 기계적 변형력 영향 제어 가능, 신뢰성 높은 웨어러블 전자 소자 응용 기대 최근 사물인터넷(IoT, Internet of Things) 기술이 발전함에 따라 플렉시블 전자소자를 넘어 인체에 부착 가능한 신축성 웨어러블 전자기기에 많은 관심이 집중되고 있다. 기존의 반도체 소자의 경우, 늘어나거나 수축될 때 발생하는 기계적 변형력(응력, stress)이 신축성 기판과 기능성 박막소자 사이에 서로 영향을 주어 전기적 성능이 저하되는 문제점이 있었다. 그래서 안정적인 웨어러블 전자 소자 구동을 위해서는 신축성 전자 재료 및 플랫폼에 대한 최적화 연구가 필수적으로 요구된다. 국내 연구진이 피부처럼 늘어나면서도 다양한 박막의 전기적·기계적 및 표면형태학적 특성을 자유자재로 조절할 수 있는 신축성 플랫폼 개발에 성공했다고 밝혔다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 광전하이브리드연구센터 정승준 박사팀은 서울대학교(총장 직무대리 박찬욱) 전기정보공학부 홍용택 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 신축성 플랫폼 안에 기계적 강도가 높은 투명 구조체 조합을 삽입하여 웨어러블 기판과 박막 소자 간에 신축 시 발생하는 기계적 변형력의 영향을 제어하는 연구결과를 발표했다. 기존의 연구에서는 이러한 기계적 변형력의 영향을 최소화하기 위해 신축성 플랫폼 표면 위, 혹은 전자소자에 인위적으로 구조를 넣는 결과들이 보고되었으나, 공정이 어렵고, 적용 가능한 신축성 전자 재료 후보 군이 제한된다는 단점이 있었다. 또한 변형력 발생 시 박막 소자의 전기·기계·광학적 및 표면형태학적 고유 성질이 변하는 특성이 있어, 다양한 박막소자에 대한 해당 특성들을 제어하기에는 한계가 있었다. KIST-서울대 공동연구진이 개발한 신축성 플랫폼은 피부처럼 얇고 신축성이 있지만, 그 내부에 기계적 강도 및 영률(Young’s modulus)*이 높은 투명한 구조체 조합들이 삽입되어 있다. 수십 마이크로미터(？m, 100만분의 1미터) 크기의 단단한 투명 구조체들이 대면적, 저비용 공정이 가능한 잉크젯 인쇄공정으로 제작되어 주기적으로 배열되어 있다. 신축성 기판과 삽입 되어있는 구조체 간의 주기적인 영률(Young’s modulus) 분포의 차이에 의해 신축성 플랫폼 표면 상에서 제어되고 있는 기계적 변형력 분포(strain distribution)를 알 수 있게 된다. 따라서 임의의 박막을 신축성 플랫폼 표면에 올려놓았을 때, 그 박막 또한 동일한 변형력 분포에 의한 영향을 받게되어, 신축 시 박막 고유 특성들이 제어되는 원리이다. *영률(Young’s modulus) : 고체 탄성률의 하나, 물체를 양쪽에서 잡아 늘일 때, 물체의 늘어나는 정도와 변형되는 정도를 나타내는 탄성률. 특히 연구진은 구조체의 강도, 크기, 배열에 따라 신축 시 박막 소자가 받는 기계적 변형력 정도를 조절할 수 있을 뿐 아니라, 원하는 영역에 기계적 변형력을 집중시키거나 분산시키는 것이 가능하다는 것을 규명했다. 또한 실험과 시뮬레이션을 통해 신축 시 금속 박막, 산화물 박막, 유기물 박막 등 다양한 박막의 전기적, 기계적 및 형태학적 특성을 자유자재로 조절할 수 있음을 밝힌 것에 큰 의의가 있다. KIST 정승준 박사는 “이번 연구를 통해 신축 시 발생하는 변형력에 따른 박만 특성 변화를 제어할 수 있을 뿐 아니라, 변형력에 민감한 웨어러블 디스플레이 및 센서 같은 전자기기의 신뢰성을 높이는데 활용될 수 있을 것으로 기대한다.”고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업과 정보통신기술진흥원 스킨트로닉스 연구과제로 수행되었으며, 연구결과는 국제 학술지 ‘Advanced Materials’ (IF : 21.950, JCR 분야 상위 1.027%)에 최신호에 표지 논문(Back cover highlighted)으로 게재되었다. * (논문명) Artificial Soft Elastic Media with Periodic Hard Inclusions for Tailoring Strain­Sensitive Thin­Film Responses - (제1저자) 서울대학교 기계항공공학부 변정환 박사 후 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 정승준 선임연구원 - (교신저자) 서울대학교 전기정보공학부 홍용택 교수 <그림설명> <그림 1> 본 연구에서 제안된 신축성 플랫폼을 통한 박막의 물리적, 기계적 특성 제어 <그림 2> 표지 논문으로 선정된 연구성과 모식도 이미지

- 인쇄 공정으로 제작된 투명 구조체 삽입, 신축성 박막의 물리적 특성 제어 - 기계적 변형력 영향 제어 가능, 신뢰성 높은 웨어러블 전자 소자 응용 기대 최근 사물인터넷(IoT, Internet of Things) 기술이 발전함에 따라 플렉시블 전자소자를 넘어 인체에 부착 가능한 신축성 웨어러블 전자기기에 많은 관심이 집중되고 있다. 기존의 반도체 소자의 경우, 늘어나거나 수축될 때 발생하는 기계적 변형력(응력, stress)이 신축성 기판과 기능성 박막소자 사이에 서로 영향을 주어 전기적 성능이 저하되는 문제점이 있었다. 그래서 안정적인 웨어러블 전자 소자 구동을 위해서는 신축성 전자 재료 및 플랫폼에 대한 최적화 연구가 필수적으로 요구된다. 국내 연구진이 피부처럼 늘어나면서도 다양한 박막의 전기적·기계적 및 표면형태학적 특성을 자유자재로 조절할 수 있는 신축성 플랫폼 개발에 성공했다고 밝혔다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 광전하이브리드연구센터 정승준 박사팀은 서울대학교(총장 직무대리 박찬욱) 전기정보공학부 홍용택 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 신축성 플랫폼 안에 기계적 강도가 높은 투명 구조체 조합을 삽입하여 웨어러블 기판과 박막 소자 간에 신축 시 발생하는 기계적 변형력의 영향을 제어하는 연구결과를 발표했다. 기존의 연구에서는 이러한 기계적 변형력의 영향을 최소화하기 위해 신축성 플랫폼 표면 위, 혹은 전자소자에 인위적으로 구조를 넣는 결과들이 보고되었으나, 공정이 어렵고, 적용 가능한 신축성 전자 재료 후보 군이 제한된다는 단점이 있었다. 또한 변형력 발생 시 박막 소자의 전기·기계·광학적 및 표면형태학적 고유 성질이 변하는 특성이 있어, 다양한 박막소자에 대한 해당 특성들을 제어하기에는 한계가 있었다. KIST-서울대 공동연구진이 개발한 신축성 플랫폼은 피부처럼 얇고 신축성이 있지만, 그 내부에 기계적 강도 및 영률(Young’s modulus)*이 높은 투명한 구조체 조합들이 삽입되어 있다. 수십 마이크로미터(？m, 100만분의 1미터) 크기의 단단한 투명 구조체들이 대면적, 저비용 공정이 가능한 잉크젯 인쇄공정으로 제작되어 주기적으로 배열되어 있다. 신축성 기판과 삽입 되어있는 구조체 간의 주기적인 영률(Young’s modulus) 분포의 차이에 의해 신축성 플랫폼 표면 상에서 제어되고 있는 기계적 변형력 분포(strain distribution)를 알 수 있게 된다. 따라서 임의의 박막을 신축성 플랫폼 표면에 올려놓았을 때, 그 박막 또한 동일한 변형력 분포에 의한 영향을 받게되어, 신축 시 박막 고유 특성들이 제어되는 원리이다. *영률(Young’s modulus) : 고체 탄성률의 하나, 물체를 양쪽에서 잡아 늘일 때, 물체의 늘어나는 정도와 변형되는 정도를 나타내는 탄성률. 특히 연구진은 구조체의 강도, 크기, 배열에 따라 신축 시 박막 소자가 받는 기계적 변형력 정도를 조절할 수 있을 뿐 아니라, 원하는 영역에 기계적 변형력을 집중시키거나 분산시키는 것이 가능하다는 것을 규명했다. 또한 실험과 시뮬레이션을 통해 신축 시 금속 박막, 산화물 박막, 유기물 박막 등 다양한 박막의 전기적, 기계적 및 형태학적 특성을 자유자재로 조절할 수 있음을 밝힌 것에 큰 의의가 있다. KIST 정승준 박사는 “이번 연구를 통해 신축 시 발생하는 변형력에 따른 박만 특성 변화를 제어할 수 있을 뿐 아니라, 변형력에 민감한 웨어러블 디스플레이 및 센서 같은 전자기기의 신뢰성을 높이는데 활용될 수 있을 것으로 기대한다.”고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업과 정보통신기술진흥원 스킨트로닉스 연구과제로 수행되었으며, 연구결과는 국제 학술지 ‘Advanced Materials’ (IF : 21.950, JCR 분야 상위 1.027%)에 최신호에 표지 논문(Back cover highlighted)으로 게재되었다. * (논문명) Artificial Soft Elastic Media with Periodic Hard Inclusions for Tailoring Strain­Sensitive Thin­Film Responses - (제1저자) 서울대학교 기계항공공학부 변정환 박사 후 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 정승준 선임연구원 - (교신저자) 서울대학교 전기정보공학부 홍용택 교수 <그림설명> <그림 1> 본 연구에서 제안된 신축성 플랫폼을 통한 박막의 물리적, 기계적 특성 제어 <그림 2> 표지 논문으로 선정된 연구성과 모식도 이미지

- 인쇄 공정으로 제작된 투명 구조체 삽입, 신축성 박막의 물리적 특성 제어 - 기계적 변형력 영향 제어 가능, 신뢰성 높은 웨어러블 전자 소자 응용 기대 최근 사물인터넷(IoT, Internet of Things) 기술이 발전함에 따라 플렉시블 전자소자를 넘어 인체에 부착 가능한 신축성 웨어러블 전자기기에 많은 관심이 집중되고 있다. 기존의 반도체 소자의 경우, 늘어나거나 수축될 때 발생하는 기계적 변형력(응력, stress)이 신축성 기판과 기능성 박막소자 사이에 서로 영향을 주어 전기적 성능이 저하되는 문제점이 있었다. 그래서 안정적인 웨어러블 전자 소자 구동을 위해서는 신축성 전자 재료 및 플랫폼에 대한 최적화 연구가 필수적으로 요구된다. 국내 연구진이 피부처럼 늘어나면서도 다양한 박막의 전기적·기계적 및 표면형태학적 특성을 자유자재로 조절할 수 있는 신축성 플랫폼 개발에 성공했다고 밝혔다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 광전하이브리드연구센터 정승준 박사팀은 서울대학교(총장 직무대리 박찬욱) 전기정보공학부 홍용택 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 신축성 플랫폼 안에 기계적 강도가 높은 투명 구조체 조합을 삽입하여 웨어러블 기판과 박막 소자 간에 신축 시 발생하는 기계적 변형력의 영향을 제어하는 연구결과를 발표했다. 기존의 연구에서는 이러한 기계적 변형력의 영향을 최소화하기 위해 신축성 플랫폼 표면 위, 혹은 전자소자에 인위적으로 구조를 넣는 결과들이 보고되었으나, 공정이 어렵고, 적용 가능한 신축성 전자 재료 후보 군이 제한된다는 단점이 있었다. 또한 변형력 발생 시 박막 소자의 전기·기계·광학적 및 표면형태학적 고유 성질이 변하는 특성이 있어, 다양한 박막소자에 대한 해당 특성들을 제어하기에는 한계가 있었다. KIST-서울대 공동연구진이 개발한 신축성 플랫폼은 피부처럼 얇고 신축성이 있지만, 그 내부에 기계적 강도 및 영률(Young’s modulus)*이 높은 투명한 구조체 조합들이 삽입되어 있다. 수십 마이크로미터(？m, 100만분의 1미터) 크기의 단단한 투명 구조체들이 대면적, 저비용 공정이 가능한 잉크젯 인쇄공정으로 제작되어 주기적으로 배열되어 있다. 신축성 기판과 삽입 되어있는 구조체 간의 주기적인 영률(Young’s modulus) 분포의 차이에 의해 신축성 플랫폼 표면 상에서 제어되고 있는 기계적 변형력 분포(strain distribution)를 알 수 있게 된다. 따라서 임의의 박막을 신축성 플랫폼 표면에 올려놓았을 때, 그 박막 또한 동일한 변형력 분포에 의한 영향을 받게되어, 신축 시 박막 고유 특성들이 제어되는 원리이다. *영률(Young’s modulus) : 고체 탄성률의 하나, 물체를 양쪽에서 잡아 늘일 때, 물체의 늘어나는 정도와 변형되는 정도를 나타내는 탄성률. 특히 연구진은 구조체의 강도, 크기, 배열에 따라 신축 시 박막 소자가 받는 기계적 변형력 정도를 조절할 수 있을 뿐 아니라, 원하는 영역에 기계적 변형력을 집중시키거나 분산시키는 것이 가능하다는 것을 규명했다. 또한 실험과 시뮬레이션을 통해 신축 시 금속 박막, 산화물 박막, 유기물 박막 등 다양한 박막의 전기적, 기계적 및 형태학적 특성을 자유자재로 조절할 수 있음을 밝힌 것에 큰 의의가 있다. KIST 정승준 박사는 “이번 연구를 통해 신축 시 발생하는 변형력에 따른 박만 특성 변화를 제어할 수 있을 뿐 아니라, 변형력에 민감한 웨어러블 디스플레이 및 센서 같은 전자기기의 신뢰성을 높이는데 활용될 수 있을 것으로 기대한다.”고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업과 정보통신기술진흥원 스킨트로닉스 연구과제로 수행되었으며, 연구결과는 국제 학술지 ‘Advanced Materials’ (IF : 21.950, JCR 분야 상위 1.027%)에 최신호에 표지 논문(Back cover highlighted)으로 게재되었다. * (논문명) Artificial Soft Elastic Media with Periodic Hard Inclusions for Tailoring Strain­Sensitive Thin­Film Responses - (제1저자) 서울대학교 기계항공공학부 변정환 박사 후 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 정승준 선임연구원 - (교신저자) 서울대학교 전기정보공학부 홍용택 교수 <그림설명> <그림 1> 본 연구에서 제안된 신축성 플랫폼을 통한 박막의 물리적, 기계적 특성 제어 <그림 2> 표지 논문으로 선정된 연구성과 모식도 이미지

- 인쇄 공정으로 제작된 투명 구조체 삽입, 신축성 박막의 물리적 특성 제어 - 기계적 변형력 영향 제어 가능, 신뢰성 높은 웨어러블 전자 소자 응용 기대 최근 사물인터넷(IoT, Internet of Things) 기술이 발전함에 따라 플렉시블 전자소자를 넘어 인체에 부착 가능한 신축성 웨어러블 전자기기에 많은 관심이 집중되고 있다. 기존의 반도체 소자의 경우, 늘어나거나 수축될 때 발생하는 기계적 변형력(응력, stress)이 신축성 기판과 기능성 박막소자 사이에 서로 영향을 주어 전기적 성능이 저하되는 문제점이 있었다. 그래서 안정적인 웨어러블 전자 소자 구동을 위해서는 신축성 전자 재료 및 플랫폼에 대한 최적화 연구가 필수적으로 요구된다. 국내 연구진이 피부처럼 늘어나면서도 다양한 박막의 전기적·기계적 및 표면형태학적 특성을 자유자재로 조절할 수 있는 신축성 플랫폼 개발에 성공했다고 밝혔다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 광전하이브리드연구센터 정승준 박사팀은 서울대학교(총장 직무대리 박찬욱) 전기정보공학부 홍용택 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 신축성 플랫폼 안에 기계적 강도가 높은 투명 구조체 조합을 삽입하여 웨어러블 기판과 박막 소자 간에 신축 시 발생하는 기계적 변형력의 영향을 제어하는 연구결과를 발표했다. 기존의 연구에서는 이러한 기계적 변형력의 영향을 최소화하기 위해 신축성 플랫폼 표면 위, 혹은 전자소자에 인위적으로 구조를 넣는 결과들이 보고되었으나, 공정이 어렵고, 적용 가능한 신축성 전자 재료 후보 군이 제한된다는 단점이 있었다. 또한 변형력 발생 시 박막 소자의 전기·기계·광학적 및 표면형태학적 고유 성질이 변하는 특성이 있어, 다양한 박막소자에 대한 해당 특성들을 제어하기에는 한계가 있었다. KIST-서울대 공동연구진이 개발한 신축성 플랫폼은 피부처럼 얇고 신축성이 있지만, 그 내부에 기계적 강도 및 영률(Young’s modulus)*이 높은 투명한 구조체 조합들이 삽입되어 있다. 수십 마이크로미터(？m, 100만분의 1미터) 크기의 단단한 투명 구조체들이 대면적, 저비용 공정이 가능한 잉크젯 인쇄공정으로 제작되어 주기적으로 배열되어 있다. 신축성 기판과 삽입 되어있는 구조체 간의 주기적인 영률(Young’s modulus) 분포의 차이에 의해 신축성 플랫폼 표면 상에서 제어되고 있는 기계적 변형력 분포(strain distribution)를 알 수 있게 된다. 따라서 임의의 박막을 신축성 플랫폼 표면에 올려놓았을 때, 그 박막 또한 동일한 변형력 분포에 의한 영향을 받게되어, 신축 시 박막 고유 특성들이 제어되는 원리이다. *영률(Young’s modulus) : 고체 탄성률의 하나, 물체를 양쪽에서 잡아 늘일 때, 물체의 늘어나는 정도와 변형되는 정도를 나타내는 탄성률. 특히 연구진은 구조체의 강도, 크기, 배열에 따라 신축 시 박막 소자가 받는 기계적 변형력 정도를 조절할 수 있을 뿐 아니라, 원하는 영역에 기계적 변형력을 집중시키거나 분산시키는 것이 가능하다는 것을 규명했다. 또한 실험과 시뮬레이션을 통해 신축 시 금속 박막, 산화물 박막, 유기물 박막 등 다양한 박막의 전기적, 기계적 및 형태학적 특성을 자유자재로 조절할 수 있음을 밝힌 것에 큰 의의가 있다. KIST 정승준 박사는 “이번 연구를 통해 신축 시 발생하는 변형력에 따른 박만 특성 변화를 제어할 수 있을 뿐 아니라, 변형력에 민감한 웨어러블 디스플레이 및 센서 같은 전자기기의 신뢰성을 높이는데 활용될 수 있을 것으로 기대한다.”고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업과 정보통신기술진흥원 스킨트로닉스 연구과제로 수행되었으며, 연구결과는 국제 학술지 ‘Advanced Materials’ (IF : 21.950, JCR 분야 상위 1.027%)에 최신호에 표지 논문(Back cover highlighted)으로 게재되었다. * (논문명) Artificial Soft Elastic Media with Periodic Hard Inclusions for Tailoring Strain­Sensitive Thin­Film Responses - (제1저자) 서울대학교 기계항공공학부 변정환 박사 후 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 정승준 선임연구원 - (교신저자) 서울대학교 전기정보공학부 홍용택 교수 <그림설명> <그림 1> 본 연구에서 제안된 신축성 플랫폼을 통한 박막의 물리적, 기계적 특성 제어 <그림 2> 표지 논문으로 선정된 연구성과 모식도 이미지

- 인쇄 공정으로 제작된 투명 구조체 삽입, 신축성 박막의 물리적 특성 제어 - 기계적 변형력 영향 제어 가능, 신뢰성 높은 웨어러블 전자 소자 응용 기대 최근 사물인터넷(IoT, Internet of Things) 기술이 발전함에 따라 플렉시블 전자소자를 넘어 인체에 부착 가능한 신축성 웨어러블 전자기기에 많은 관심이 집중되고 있다. 기존의 반도체 소자의 경우, 늘어나거나 수축될 때 발생하는 기계적 변형력(응력, stress)이 신축성 기판과 기능성 박막소자 사이에 서로 영향을 주어 전기적 성능이 저하되는 문제점이 있었다. 그래서 안정적인 웨어러블 전자 소자 구동을 위해서는 신축성 전자 재료 및 플랫폼에 대한 최적화 연구가 필수적으로 요구된다. 국내 연구진이 피부처럼 늘어나면서도 다양한 박막의 전기적·기계적 및 표면형태학적 특성을 자유자재로 조절할 수 있는 신축성 플랫폼 개발에 성공했다고 밝혔다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 광전하이브리드연구센터 정승준 박사팀은 서울대학교(총장 직무대리 박찬욱) 전기정보공학부 홍용택 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 신축성 플랫폼 안에 기계적 강도가 높은 투명 구조체 조합을 삽입하여 웨어러블 기판과 박막 소자 간에 신축 시 발생하는 기계적 변형력의 영향을 제어하는 연구결과를 발표했다. 기존의 연구에서는 이러한 기계적 변형력의 영향을 최소화하기 위해 신축성 플랫폼 표면 위, 혹은 전자소자에 인위적으로 구조를 넣는 결과들이 보고되었으나, 공정이 어렵고, 적용 가능한 신축성 전자 재료 후보 군이 제한된다는 단점이 있었다. 또한 변형력 발생 시 박막 소자의 전기·기계·광학적 및 표면형태학적 고유 성질이 변하는 특성이 있어, 다양한 박막소자에 대한 해당 특성들을 제어하기에는 한계가 있었다. KIST-서울대 공동연구진이 개발한 신축성 플랫폼은 피부처럼 얇고 신축성이 있지만, 그 내부에 기계적 강도 및 영률(Young’s modulus)*이 높은 투명한 구조체 조합들이 삽입되어 있다. 수십 마이크로미터(？m, 100만분의 1미터) 크기의 단단한 투명 구조체들이 대면적, 저비용 공정이 가능한 잉크젯 인쇄공정으로 제작되어 주기적으로 배열되어 있다. 신축성 기판과 삽입 되어있는 구조체 간의 주기적인 영률(Young’s modulus) 분포의 차이에 의해 신축성 플랫폼 표면 상에서 제어되고 있는 기계적 변형력 분포(strain distribution)를 알 수 있게 된다. 따라서 임의의 박막을 신축성 플랫폼 표면에 올려놓았을 때, 그 박막 또한 동일한 변형력 분포에 의한 영향을 받게되어, 신축 시 박막 고유 특성들이 제어되는 원리이다. *영률(Young’s modulus) : 고체 탄성률의 하나, 물체를 양쪽에서 잡아 늘일 때, 물체의 늘어나는 정도와 변형되는 정도를 나타내는 탄성률. 특히 연구진은 구조체의 강도, 크기, 배열에 따라 신축 시 박막 소자가 받는 기계적 변형력 정도를 조절할 수 있을 뿐 아니라, 원하는 영역에 기계적 변형력을 집중시키거나 분산시키는 것이 가능하다는 것을 규명했다. 또한 실험과 시뮬레이션을 통해 신축 시 금속 박막, 산화물 박막, 유기물 박막 등 다양한 박막의 전기적, 기계적 및 형태학적 특성을 자유자재로 조절할 수 있음을 밝힌 것에 큰 의의가 있다. KIST 정승준 박사는 “이번 연구를 통해 신축 시 발생하는 변형력에 따른 박만 특성 변화를 제어할 수 있을 뿐 아니라, 변형력에 민감한 웨어러블 디스플레이 및 센서 같은 전자기기의 신뢰성을 높이는데 활용될 수 있을 것으로 기대한다.”고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업과 정보통신기술진흥원 스킨트로닉스 연구과제로 수행되었으며, 연구결과는 국제 학술지 ‘Advanced Materials’ (IF : 21.950, JCR 분야 상위 1.027%)에 최신호에 표지 논문(Back cover highlighted)으로 게재되었다. * (논문명) Artificial Soft Elastic Media with Periodic Hard Inclusions for Tailoring Strain­Sensitive Thin­Film Responses - (제1저자) 서울대학교 기계항공공학부 변정환 박사 후 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 정승준 선임연구원 - (교신저자) 서울대학교 전기정보공학부 홍용택 교수 <그림설명> <그림 1> 본 연구에서 제안된 신축성 플랫폼을 통한 박막의 물리적, 기계적 특성 제어 <그림 2> 표지 논문으로 선정된 연구성과 모식도 이미지

- 인쇄 공정으로 제작된 투명 구조체 삽입, 신축성 박막의 물리적 특성 제어 - 기계적 변형력 영향 제어 가능, 신뢰성 높은 웨어러블 전자 소자 응용 기대 최근 사물인터넷(IoT, Internet of Things) 기술이 발전함에 따라 플렉시블 전자소자를 넘어 인체에 부착 가능한 신축성 웨어러블 전자기기에 많은 관심이 집중되고 있다. 기존의 반도체 소자의 경우, 늘어나거나 수축될 때 발생하는 기계적 변형력(응력, stress)이 신축성 기판과 기능성 박막소자 사이에 서로 영향을 주어 전기적 성능이 저하되는 문제점이 있었다. 그래서 안정적인 웨어러블 전자 소자 구동을 위해서는 신축성 전자 재료 및 플랫폼에 대한 최적화 연구가 필수적으로 요구된다. 국내 연구진이 피부처럼 늘어나면서도 다양한 박막의 전기적·기계적 및 표면형태학적 특성을 자유자재로 조절할 수 있는 신축성 플랫폼 개발에 성공했다고 밝혔다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 광전하이브리드연구센터 정승준 박사팀은 서울대학교(총장 직무대리 박찬욱) 전기정보공학부 홍용택 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 신축성 플랫폼 안에 기계적 강도가 높은 투명 구조체 조합을 삽입하여 웨어러블 기판과 박막 소자 간에 신축 시 발생하는 기계적 변형력의 영향을 제어하는 연구결과를 발표했다. 기존의 연구에서는 이러한 기계적 변형력의 영향을 최소화하기 위해 신축성 플랫폼 표면 위, 혹은 전자소자에 인위적으로 구조를 넣는 결과들이 보고되었으나, 공정이 어렵고, 적용 가능한 신축성 전자 재료 후보 군이 제한된다는 단점이 있었다. 또한 변형력 발생 시 박막 소자의 전기·기계·광학적 및 표면형태학적 고유 성질이 변하는 특성이 있어, 다양한 박막소자에 대한 해당 특성들을 제어하기에는 한계가 있었다. KIST-서울대 공동연구진이 개발한 신축성 플랫폼은 피부처럼 얇고 신축성이 있지만, 그 내부에 기계적 강도 및 영률(Young’s modulus)*이 높은 투명한 구조체 조합들이 삽입되어 있다. 수십 마이크로미터(？m, 100만분의 1미터) 크기의 단단한 투명 구조체들이 대면적, 저비용 공정이 가능한 잉크젯 인쇄공정으로 제작되어 주기적으로 배열되어 있다. 신축성 기판과 삽입 되어있는 구조체 간의 주기적인 영률(Young’s modulus) 분포의 차이에 의해 신축성 플랫폼 표면 상에서 제어되고 있는 기계적 변형력 분포(strain distribution)를 알 수 있게 된다. 따라서 임의의 박막을 신축성 플랫폼 표면에 올려놓았을 때, 그 박막 또한 동일한 변형력 분포에 의한 영향을 받게되어, 신축 시 박막 고유 특성들이 제어되는 원리이다. *영률(Young’s modulus) : 고체 탄성률의 하나, 물체를 양쪽에서 잡아 늘일 때, 물체의 늘어나는 정도와 변형되는 정도를 나타내는 탄성률. 특히 연구진은 구조체의 강도, 크기, 배열에 따라 신축 시 박막 소자가 받는 기계적 변형력 정도를 조절할 수 있을 뿐 아니라, 원하는 영역에 기계적 변형력을 집중시키거나 분산시키는 것이 가능하다는 것을 규명했다. 또한 실험과 시뮬레이션을 통해 신축 시 금속 박막, 산화물 박막, 유기물 박막 등 다양한 박막의 전기적, 기계적 및 형태학적 특성을 자유자재로 조절할 수 있음을 밝힌 것에 큰 의의가 있다. KIST 정승준 박사는 “이번 연구를 통해 신축 시 발생하는 변형력에 따른 박만 특성 변화를 제어할 수 있을 뿐 아니라, 변형력에 민감한 웨어러블 디스플레이 및 센서 같은 전자기기의 신뢰성을 높이는데 활용될 수 있을 것으로 기대한다.”고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업과 정보통신기술진흥원 스킨트로닉스 연구과제로 수행되었으며, 연구결과는 국제 학술지 ‘Advanced Materials’ (IF : 21.950, JCR 분야 상위 1.027%)에 최신호에 표지 논문(Back cover highlighted)으로 게재되었다. * (논문명) Artificial Soft Elastic Media with Periodic Hard Inclusions for Tailoring Strain­Sensitive Thin­Film Responses - (제1저자) 서울대학교 기계항공공학부 변정환 박사 후 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 정승준 선임연구원 - (교신저자) 서울대학교 전기정보공학부 홍용택 교수 <그림설명> <그림 1> 본 연구에서 제안된 신축성 플랫폼을 통한 박막의 물리적, 기계적 특성 제어 <그림 2> 표지 논문으로 선정된 연구성과 모식도 이미지

- 인쇄 공정으로 제작된 투명 구조체 삽입, 신축성 박막의 물리적 특성 제어 - 기계적 변형력 영향 제어 가능, 신뢰성 높은 웨어러블 전자 소자 응용 기대 최근 사물인터넷(IoT, Internet of Things) 기술이 발전함에 따라 플렉시블 전자소자를 넘어 인체에 부착 가능한 신축성 웨어러블 전자기기에 많은 관심이 집중되고 있다. 기존의 반도체 소자의 경우, 늘어나거나 수축될 때 발생하는 기계적 변형력(응력, stress)이 신축성 기판과 기능성 박막소자 사이에 서로 영향을 주어 전기적 성능이 저하되는 문제점이 있었다. 그래서 안정적인 웨어러블 전자 소자 구동을 위해서는 신축성 전자 재료 및 플랫폼에 대한 최적화 연구가 필수적으로 요구된다. 국내 연구진이 피부처럼 늘어나면서도 다양한 박막의 전기적·기계적 및 표면형태학적 특성을 자유자재로 조절할 수 있는 신축성 플랫폼 개발에 성공했다고 밝혔다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 광전하이브리드연구센터 정승준 박사팀은 서울대학교(총장 직무대리 박찬욱) 전기정보공학부 홍용택 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 신축성 플랫폼 안에 기계적 강도가 높은 투명 구조체 조합을 삽입하여 웨어러블 기판과 박막 소자 간에 신축 시 발생하는 기계적 변형력의 영향을 제어하는 연구결과를 발표했다. 기존의 연구에서는 이러한 기계적 변형력의 영향을 최소화하기 위해 신축성 플랫폼 표면 위, 혹은 전자소자에 인위적으로 구조를 넣는 결과들이 보고되었으나, 공정이 어렵고, 적용 가능한 신축성 전자 재료 후보 군이 제한된다는 단점이 있었다. 또한 변형력 발생 시 박막 소자의 전기·기계·광학적 및 표면형태학적 고유 성질이 변하는 특성이 있어, 다양한 박막소자에 대한 해당 특성들을 제어하기에는 한계가 있었다. KIST-서울대 공동연구진이 개발한 신축성 플랫폼은 피부처럼 얇고 신축성이 있지만, 그 내부에 기계적 강도 및 영률(Young’s modulus)*이 높은 투명한 구조체 조합들이 삽입되어 있다. 수십 마이크로미터(？m, 100만분의 1미터) 크기의 단단한 투명 구조체들이 대면적, 저비용 공정이 가능한 잉크젯 인쇄공정으로 제작되어 주기적으로 배열되어 있다. 신축성 기판과 삽입 되어있는 구조체 간의 주기적인 영률(Young’s modulus) 분포의 차이에 의해 신축성 플랫폼 표면 상에서 제어되고 있는 기계적 변형력 분포(strain distribution)를 알 수 있게 된다. 따라서 임의의 박막을 신축성 플랫폼 표면에 올려놓았을 때, 그 박막 또한 동일한 변형력 분포에 의한 영향을 받게되어, 신축 시 박막 고유 특성들이 제어되는 원리이다. *영률(Young’s modulus) : 고체 탄성률의 하나, 물체를 양쪽에서 잡아 늘일 때, 물체의 늘어나는 정도와 변형되는 정도를 나타내는 탄성률. 특히 연구진은 구조체의 강도, 크기, 배열에 따라 신축 시 박막 소자가 받는 기계적 변형력 정도를 조절할 수 있을 뿐 아니라, 원하는 영역에 기계적 변형력을 집중시키거나 분산시키는 것이 가능하다는 것을 규명했다. 또한 실험과 시뮬레이션을 통해 신축 시 금속 박막, 산화물 박막, 유기물 박막 등 다양한 박막의 전기적, 기계적 및 형태학적 특성을 자유자재로 조절할 수 있음을 밝힌 것에 큰 의의가 있다. KIST 정승준 박사는 “이번 연구를 통해 신축 시 발생하는 변형력에 따른 박만 특성 변화를 제어할 수 있을 뿐 아니라, 변형력에 민감한 웨어러블 디스플레이 및 센서 같은 전자기기의 신뢰성을 높이는데 활용될 수 있을 것으로 기대한다.”고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업과 정보통신기술진흥원 스킨트로닉스 연구과제로 수행되었으며, 연구결과는 국제 학술지 ‘Advanced Materials’ (IF : 21.950, JCR 분야 상위 1.027%)에 최신호에 표지 논문(Back cover highlighted)으로 게재되었다. * (논문명) Artificial Soft Elastic Media with Periodic Hard Inclusions for Tailoring Strain­Sensitive Thin­Film Responses - (제1저자) 서울대학교 기계항공공학부 변정환 박사 후 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 정승준 선임연구원 - (교신저자) 서울대학교 전기정보공학부 홍용택 교수 <그림설명> <그림 1> 본 연구에서 제안된 신축성 플랫폼을 통한 박막의 물리적, 기계적 특성 제어 <그림 2> 표지 논문으로 선정된 연구성과 모식도 이미지