비 접촉 타입의 플렉시블 센서 연구

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-01-07

탄소 베이스 나노 재료(탄소 나노튜브, 그래핀 등)는 독특한 물리 및 화학 성능을 보유하고 있기 때문에 탄소 베이스 나노 재료로 개발된 전도성 박막과 나노 광전자 디바이스로 하여금 우수한 성능을 나타낼 수 있게끔 함으로써 현재 과학기술계와 산업계의 연구 이슈로 부상한 상황이다. 탄소 베이스 나노 재료는 플렉시블(Flexible) 전자학 디바이스 및 웨어러블 인텔리전트 전자 디바이스(Wearable intelligent electronic device) 분야에서의 응용 연구에서 국내외 과학기술자들의 높은 관심을 받고 있는 상황이다. 국가자연과학기금위원회와 중국과학원의 관련 과학연구 비용 지원 하에 중국과학원 수저우(蘇州) 나노기술 및 나노 바이오닉 연구소 장팅(張珽) 연구원 연구팀은 최근 플렉시블 전자 디바이스 및 웨어러블 인텔리전트 센서 개발에 필요한 탄소 베이스 나노 재료 관련 기초연구 및 응용연구를 폭넓게 실행하여 혁신적인 성과를 취득한 상황이다. 연구팀은 재료 및 디바이스 구조에 대한 디자인을 실행하고 고 품질의 탄소 베이스 나노 재료를 이용한 초 박막 재료를 개발하여 플렉시블 실온 고 감광도 환경 센서 개발에 성공적으로 응용하였다(J.Mater.Chem., 2012, 22, 21824-21827；Back Cover). 동시에 연구팀은 동 초 박막 재료를 고 감광성 바이오닉 전자 피부(Advanced Materials, 2014, 26, 1336-1342; Cover), 비 접촉 타입 센서 제어 배열화 디바이스(Advanced Materials, DOI: 10.1002/adma.201404069; Inside Cover) 개발에 성공적으로 응용하였다. 환원 산화 그래핀(rGO)은 2차원 그래핀 가족의 중요한 파생물(Derivatives)에 속한다. 환원 산화 그래핀은 우수한 광전자 성능, 기계 성능 및 양호한 안정성 등 특징을 보유하고 있다. 때문에 환원 산화 그래핀은 고성능 플렉시블 전도성 박막을 개발하는데 있어서의 이상적인 대체물로 되고 있다. 환원 산화 그래핀 베이스 전도성 박막에 대한 제어 가능한 조립 및 플렉시블 센서에 대한 응용 연구는 중요한 과학적 의미를 보유하고 있는 상황이다. 최근 장팅(張珽) 연구원 연구팀은 기존의 관련 연구개발 성과(J.Mater.Chem., 2012, 22, 21824-21827)에 기반하고 액체 표면 장력을 통해 기체-액체 인터페이스 층층 박리 방법(Layer-by-layer exfoliation)을 개발하고 박리된 용해 액체에 대한 조정을 통해 고 품질의 rGO 초 박막에 대한 제어 가능한 개발을 실현하였다. 연구팀이 개발한 방법은 매우 효과적인 것으로 나타났는데 중복 가능하게 두께를 89~148nm 수준으로 제어할 수 있고, 광 투과성이 높고(>82%), 사이즈와 성능이 균일한 웨이퍼 레벨의 rGO 초 박막을 개발할 수 있는 것으로 나타났다. 연구팀은 이번 연구를 통해 박막 두께와 개발 과정에 대한 제어 가능화를 실현하였다. 연구팀은 표면 및 인터페이스 화학 차원에서 rGO 박막 박리 및 조립 과정에 대한 심층적인 분석을 실행하고 관련 형성 메커니즘을 제시하였다. 동시에 연구팀은 관련 연구개발 성과를 응용하여 비 접촉 타입의 플렉시블 배열화 센서 디바이스를 개발하였다. 연구팀은 동 비 접촉 타입의 플렉시블 배열화 센서 디바이스를 이용하여 습도에 대한 높은 감광도, 폭넓은 범위(4.3%RH~75.7%RH), 안정적이고 신속한 특징을 보유한 검출을 실현하였다. 동 비 접촉 타입의 플렉시블 배열화 센서 디바이스는 비 접촉 모델 하에서 손가락 주위의 습도 분포를 추적하는데 사용할 수 있으며 플렉시블 비 접촉 타입 제어 혹은 비 접촉 동작 등 신형 휴먼 인터페이스 설비에도 응용할 수 있을 것으로 전망된다. 연구팀의 관련 연구 성과는 ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)’ 학술지 온라인 판에 발표되었으며(Advanced Materials, DOI: 10.1002/adma.201404069), 동 학술지 내부 표지 논문에 선정되었다. 이번 연구는 국가자연과학기금위원회, 중국과학원의 관련 과학연구 비용 지원을 받아 추진되었으며, 관련 연구를 실행하는 과정에서 중국과학원 수저우(蘇州) 나노기술 및 나노 바이오닉 연구소 산하 프리팅 전자 연구부, 측정 테스트 및 가공 플랫폼의 지원을 받은 상황이다. 그림 1. 플렉시블 실온 고 감광도 환경 센서(J.Mater.Chem., 2012, 22, 21824-21827；Back Cover), 고 감광도 바이오닉 전자 피부(Advanced Materials, 2014, 26, 1336-1342; Cover), 비 접촉 타입의 센서 제어 배열화 디바이스(Advanced Materials, DOI: 10.1002/adma.201404069; Inside Cover)임. 그림 2. 성능이 균일한 웨어퍼 레벨의 rGO 초 박막임. 그림 3. rGO 초 박막에 기반한 플렉시블 배열 센서 및 비 접촉 제어 환경 습도 검출임. 20150105.jpg 20150105-1.jpg 20150105-2.jpg http://www.cas.cn/syky/201412/t20141226_4282134.shtml