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[국내논문] 신축성 전극 기술 동향 원문보기

인포메이션 디스플레이 = Information display, v.17 no.5, 2016년, pp.14 - 23  

김도일 (성균관대학교 신소재공학과) ,  황병웅 (성균관대학교 신소재공학과) ,  노은 (성균관대학교 나노과학기술학과) ,  이한별 (성균관대학교 신소재공학과) ,  이내응 (성균관대학교 신소재공학과)

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 기술동향보고서에서는 이와 같은 웨어러블 기기용 신축성 전극의 요구 조건에 근거하여, 불투명 또는 투명 신축성 전극의 국내외 기술 동향에 대하여 기술하고자 한다. 신축성 전극을 얻는 방법에는 크게 진성 신축 전극을 이용하는 것과 구조 엔지니어링 기술을 이용하는 것으로 나누어지며, 여기에 TCO(Transparent conductive oxide) 또는 나노 물질과 같은 투명 전극을 형성 하는 기술을 접목시킴으로써 투명 신축성 전극을 구현할 수 있다.
  • 그 예로, 식물의 꽃잎을 본 떠 꽃잎에 존재하고 있는 마이크로의 구조를 지닌 신축성 기판을 제작하여 그 위에 구리전극을 형성하고 이를 활용하여 신축성 스트레인 센서를 제작한 연구가 보고되었다[4]. 이와 비슷한 예로 본 연구팀에서는 스키지형 중 하나인 모굴스키의 올록볼록한 구조를 본 따서 전방향으로 스트레칭이 가능한 3차원 마이크로 구조를 포토리소그래피(Photolithography) 방법으로 제작하여 변형률 30%까지 반복 스트레칭 시에도 안정적으로 응력을 흡수할 수 있는 전극 구조를 개발한 연구 결과를 보고하였다 (그림 4). 개발된 모굴 기판은 몰딩 (molding)법을 이용해 무한 복제가 가능하다[5].
  • 앞서 설명한 바와 같이 신축성을 확보하기 위해서는 신축성을 갖고 있는 소재를 사용하는 방법과 유연성을 가지는 소재를 응력흡수구조체 상에 형성하는 구조 엔지니어링 방법이 연구되고 있다. 따라서 3장에서는 신축성을 갖는 진성 투명 신축 전극과 구조 엔지니어링 방법을 이용한 투명 신축 전극에 대해 간략히 소개하고자 한다.
  • Zhao 교수 연구팀은 주름진 그래핀 필름을 이용하여 투명 신축 액추에이터를 구현하였는데, 두 축의 방향으로 미리 인장시킨 고분자 기판 상에 그래핀 필름을 전사하고, 기판을 다시 원래대로 복원시켜서 이를 주름지게 만들었다[32]. 또한, 절연성 탄성 고분자를 이용하여 인공근육 액추에이터로써 가능성을 제시하였다. Q.
  • 우수한 신축성과 높은 투명도를 확보하기 위해서, 이온 전도체와 절연탄성 고분자를 이용하여 액추에이터 소자를 제작하였으며, 기계적 안정성과 투명성을 동시에 얻을 수 있었다. 나아가, 동일한 소재를 이용하여 투명 신축 전기 화학 변환기를 제작하고 이와 관련된 결과를 보고하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
현재 제품화되어 있는 웨어러블 기기는 어떤 형태인가? 현재 제품화되어 있는 대부분의 웨어러블 기기의 경우, 시계, 글래스, 팔찌 등과 같은 악세서리(Accessory) 형태이기 때문에 아직까지는 휘어지거나 늘어날 수 없는 단단한 물질로 구성되어 있다. 하지만, 입을 수 있는 의복 형태로 구현하거나 부착형, 삽입형 웨어러블 기기를 개발하기 위해서는 신축성을 전체 시스템 또는 일부 센서부품에 적용한 제품 개발이 필요하다.
웨어러블 컴퓨터란 무엇인가? 웨어러블 컴퓨터의 사전적 의미는 ‘컴퓨터를 자유롭게 사용하는 것으로 입거나 의복에 착용 가능한 작고 가벼운 컴퓨터’이며, 넓은 의미에서는 패치 형태로 피부에 부착이 가능하거나(Skin attatchable) 신체 부위에 이식할 수 있는 삽입형(Implantable) 전자기기까지도 포함한다. 의복 형태로 착용이 가능한 전자 제품의 일부는 국내외 몇몇 기업에서 이미 제품으로 출시하여 판매 중에 있다.
웨어러블 기기 제작 시 신축성을 가지는 탄선체 기반의 개발이 이루어져야 하는 이유는 무엇인가? 하지만, 입을 수 있는 의복 형태로 구현하거나 부착형, 삽입형 웨어러블 기기를 개발하기 위해서는 신축성을 전체 시스템 또는 일부 센서부품에 적용한 제품 개발이 필요하다. 특히, 인간의 피부에서 발생하는 미세한 생체 신호를 모니터링하기 위해서는 피부에 밀착된 형태가 용이하기 때문에, 신축성을 가지는 탄성체(elastomer) 기반의 제품 개발이 이루어져야 한다. 신축성 웨어러블 전자 기기의 제작에 있어 가장 기본이 되어야 하는 부분은 전극이다.
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참고문헌 (45)

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  40. S. Soltanian et al., Adv. Energy Mater. 3, 1332 (2013). 

  41. J. Liang et al., J. Phys. Chem. C Mater. 117, 16632 (2013). 

  42. J. Song et al., Nano Lett. 14, 6298 (2014). 

  43. M. Zhang et al., Science 309, 1215 (2005). 

  44. M. Ramuz et al., Adv. Mater. 24, 3223 (2012). 

  45. W. Hu et al., Appl. Phys. Lett. 102, 83303 (2013). 

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