고려대, 절연체 간 유사 전도성 채널 형성 기술 개발

기계적 자극만으로도 전기 신호 전달 가능… 차세대 전기소자 개발의 새 길 열어 

△ 전도성 물질 없이 전기적 신호를 전송할 수 있는 기계적 자극을 통한 유사 전도성 채널의 설명

고려대학교(총장 김동원) 기계공학부 최원준 교수 연구팀과 노스웨스턴대(총장 마이클 H. 쉴) 서병석 박사는 두 개의 절연체가 접촉한 간단한 소자에 기계적 자극만을 주어 유사 전도성 채널을 형성할 수 있는 기술을 개발했다. 

본 연구는 해당 분야의 세계적인 학술지 ‘Advanced Materials’(IF=27.4, 상위 2.2%)의 전면 표지 논문(Front Cover Article)으로 선정되어, 2월 25일에 게재됐다. (Volume 37, Issue 8).

*논문명: Mechanical-Stimuli-Driven Pseudo-Conductive Channels Along Dielectric Heterojunction Interfaces for Mechanoelectric Energy Conversion and Transmission

*논문URL: https://doi.org/10.1002/adma.202416952

고분자 소재는 제작이 용이하고 다양한 형태로 가공할 수 있다는 장점 덕분에 여러 기기에 활용되지만, 절연체로서 전기 신호를 전달할 수 없다는 한계를 가지고 있다. 따라서, 전기 신호 전달이 필요한 경우, 금속이나 탄소 기반의 전도성 물질을 사용할 수밖에 없다는 재료적 한계가 존재한다. 

이를 보완하고자 본 연구팀은 기계적 자극을 통해 절연체 간 접합 면에 유사 전도성 채널(Mechanical-Stimuli-Driven Pseudo-Conductive Channels)을 형성하는 새로운 방법론을 제안했다. 이 기술은 기존 절연체에서 볼 수없는 높은 계면 전도성을 통해 전기 신호를 전달하며, 폴리머 및 세라믹과 같은 절연체를 이용한 새로운 형태의 전자 장치 제작 가능성을 제시했다. 

연구진은 해당 기술의 시연을 통해 기계적 자극을 통한 유사 전도성 채널을 이용해 단순 접촉 자극만으로 문자와 숫자를 계면 전도 현상을 통해 전송할 수 있는 정보 전달 디바이스를 개발했다. 

이번 연구로 구현된 이종 복합 소재의 계면에서 형성되는 유사 전도성 채널의 전기적 신호를 전송하는 기술은, 기존에 전기 신호 전달을 위해 사용하는 금속 물질의 적용을 최소화하여 보다 인체 친화적이면서 신축성이 있는 새로운 형태의 웨어러블 디바이스, 유연 의료용 바이오센서, IoT 센서, 유연 디스플레이 등을 개발하는 초석이 될 수 있다.

아울러 고도화되고 있는 스마트 모빌리티 플랫폼은 다양한 전장 장비의 신호들이 혼재하므로 이의 교란을 최소화하고, 전자기파를 제어하는 기술이 필연적으로 요구되고 있다. 일반적으로 이를 위해 고중량이지만 전도성이 높은 금속을 사용하는 것이 불가피했으나, 본 연구에서 개발한 유사 전도성 채널을 적용 시, 가벼우면서도 저비용의 유연 복합 소재를 사용 할 수 있다. 가볍고 저렴한 소재로 전기 신호 교란 및 전자기파를 제어할 수 있기에, 이는 향후 상업용, 군용 드론, EV, 다목적 차량 등에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구는 국방과학연구소의 미래도전국방기술사업, 한국연구재단 중견연구사업 및 선도연구센터사업의 지원을 통해 이뤄졌다. 

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[그림 1] 설명: (왼쪽부터) 고려대 최원준 교수(교신저자), 서병석 박사(제1저자), 노도원 연구원(제1저자) 

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[그림 2] 설명:  유사 전도성 채널 형성의 3가지 메커니즘 설명

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△ [그림 3] 설명: 유사 전도성 채널을 이용한 숫자 및 문자 신호 정보 전송 디바이스 구동 예시