초록 ▼

○ 연구개요
ㆍ 미래형 헬스 모니터링 시스템: 외부 활동 증가 및 고령화에 따른 질병을 예방하기 위한 각종 생체 신호 모니터링을 위한 폭넓은 분석 범위 및 응용분야를 갖는 신체신호 모니터링 가능 센서 개발
ㆍ 부착형 e-스킨 플랫폼: 생체신호의 실시간 모니터링을 위해 기존 웨어러블 디바이스에서의 불안정 한 신체접촉으로 인한 동작잡음(motion artifact)을 해결을 목적으로 신축 가능한 전극용 배선 개발
ㆍ 멀티 센싱 유연 소자 플랫폼: 다중 생체신호 센싱을 위한 유기반도체 기반 소자 플랫폼 개발을 위해, 포집

○ 연구개요
ㆍ 미래형 헬스 모니터링 시스템: 외부 활동 증가 및 고령화에 따른 질병을 예방하기 위한 각종 생체 신호 모니터링을 위한 폭넓은 분석 범위 및 응용분야를 갖는 신체신호 모니터링 가능 센서 개발
ㆍ 부착형 e-스킨 플랫폼: 생체신호의 실시간 모니터링을 위해 기존 웨어러블 디바이스에서의 불안정 한 신체접촉으로 인한 동작잡음(motion artifact)을 해결을 목적으로 신축 가능한 전극용 배선 개발
ㆍ 멀티 센싱 유연 소자 플랫폼: 다중 생체신호 센싱을 위한 유기반도체 기반 소자 플랫폼 개발을 위해, 포집용 거미줄의 액상 와이어에서 확인되는 수축-이완 가능한 고강도 및 고신축성을 (1) 고체-액체 이종접합상을 이용한 수축-이완성이 뛰어난 전도성 와이어를 구현하고, (2) 이를 유연 소재기반 일렉트로닉스 단위 소자 간 연결 배선으로 적용성을 평가하고, (3) 피부 부착형 스트레처블 e-스킨 플랫폼 및 유기 반도체기반 센서 및 메모리 소자연구를 통해, 이들에 적용

○ 연구 목표대비 연구결과
ㆍ (목표) 포집용 거미줄 모사를 통한, 고신축 액상 전도성 와이어 개발: 전도도(1,000 S/cm 이상), 신율 (300% 이상), 직경(20㎛ 이내), 100% 신축 후 전도도 변화(5% 이내) 확보
(결과) 전도도: 1,100 S/cm, 신율: >2,000%, 직경: < 20 um, 회복율 ~100%
ㆍ (목표) 신축성 전극, 반도체, 절연층 개발: 신율(100% 이상) 및 50% 신축-이완 반복 1,000회 후 성능 변화(5% 이내)확보
(1) 유기 반도체: 신축성 확보를 위해 연성 소재와의 블렌딩 및 공액 고분자 개질
(결과) 입체규칙성이 상이한 고분자 반도체의 혼합을 통해 소성변형(30% 이상) 하에서도 OTFT의 전기적 성능이 일정하게 유지되는 채널층 기술 개발
(2) 절연층: 신축성을 확보할 수 있는 Elastomer(실란계 고무) 및 국부 수소 결합을 가지는 소재 개발
(결과) 실세스퀴옥산 고분자의 가교 형성 후 절연층으로 신축성 30% 이상에서도 특성 유지
(3) 유연 전극: 전도성 고분자 또는 CNT 및 그랜핀 융합
(결과) 은 나노와이어를 고분자 elastomer에 함침시켜 신축-이완 반복에서도 +/- 5% 이내의 저항 변화 유지
ㆍ (목표) 액상 전도성 와이어 배선 기반 부착형 e-스킨 소자 및 응용 기술 개발:
(1) OFET기반 소자(μ > 2 ㎠/Vs, I_ON/IOFF_OFF >10⁵, V_th 변화폭 <5%)
(결과) μ = 2.3 ㎠/Vs (최대 11 ㎠/Vs), I_ON/IOFF_OFF >10⁵, V_th 변화폭 <3%
(2) Capacitor 및 Resistor 기반 소자 개발
(결과) ZnO 기반 센서를 이용한 기초 연구를 진행함
(3) 피부 부착형 혈압, ECG 및 EMG 센서 개발
(결과) ZnO 기반 기초 연구를 진행하였으며, triboelectronic 소자와 시냅틱 소자를 연결하여 학습효과, 단기/장기 기억 특성 연구를 진행함

○ 연구개발결과의 중요성
ㆍ 인체 피부와 유사한 수축-이완 특성을 가지는 전도성, 반도체 및 절연 소재의 확보가 가능할 것으로 기대되며, 이는 국내 웨어러블 디바이스의 기술 수준을 끌어 올릴 수 있고, 생체신호 감지에 활용하여 기존 소자들이 가지는 감도, 안정성, 선택성 등의 한계 개선
ㆍ 확보된 기술을 바탕으로 고혈압, 체지방, 당뇨 및 심근경색 등 중요 질병을 실시간 감지와 IoT 기술과의 융합을 통해 조기 처방을 할 수 있어 인류의 삶의 질 향상 기술 개발에 기여
ㆍ 기존 단일 소재 시스템의 단점을 보완하고 창의적 소재 융합을 통한 각 센서 구현을 위한 핵심 구성 요소를 설계함으로써 고선택성, 고감도, 재현성 및 안정성이 우수한 생체 부착 및 이식 가능한 유니버설 센서 플랫폼 기술의 확보
ㆍ E-스킨 플랫폼은 끊임없는 신축-이완 거동을 가지는 피부에 접촉을 안정화시킬 수 있다는 장점과 센서/신호처리 소자 간 배선의 유연성을 향상시켜 구동 안정성이 확보된 차세대 웨어러블 헬스케어 소자 개발의 기술적 난제를 해결에 기여


(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• [1] 거미줄 모사를 통한 액상 전도성 와이어 개발 ... 4
• [2] 신축성 전극 개발 ... 7
• [3] 신축성 반도체 박막 개발 ... 8
• [4] 센서 응용 개발 ... 15
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 17
• 4. 참고문헌 ... 18
• 5. 연구성과 ... 19
• 대표적 연구실적 ... 24
• 끝페이지 ... 41