컬러로 알아보는 신축성 기술의 비밀

POSTECH의 한 연구팀은 신축성 기술의 핵심 구성 요소인 '사문석' 구조의 변형을 실시간으로 분석하고 색상 변화를 통해 프로세스를 시각화하는 획기적인 기술을 개발했습니다. 전기공학과 최수석 교수가 이끄는 이 팀은 박사과정생 한상현, 신준호, 박지윤, 석사과정생 양학준, 남승민을 포함했습니다. 이 연구는 국제 저널 Advanced Science 의 12월 온라인판에 게재되었으며 Inside Back Cover로 소개되었습니다.

신축성 기술: 자유형 변형을 통한 차세대 전자 제품 혁신

유연하고 변형 가능한 전자 제품은 구부릴 수 있고, 접을 수 있고, 굴릴 수 있고, 미끄러질 수 있는 디자인을 넘어 자유형 변형을 허용하는 완전히 늘어날 수 있는 시스템으로 발전했습니다. 늘어나는 기술은 디스플레이, 센서, 반도체, 전자 피부, 생체 모방 로봇, 스마트 의류 등 다양한 분야에서 주목을 받고 있습니다.

신축성 기술은 크게 두 가지 접근 방식에 의존합니다. 고무와 유사한 탄성 소재를 만들고 기존 반도체, 디스플레이, 전극 및 센서 기술과 완벽하게 통합되는 신축성 구조를 설계하는 것입니다. 구조적 신축성 기술에서, 사문석 상호 연결(물결 모양의 탄성 연결)은 신축성이 없는 전자 부품에 탄성을 제공하는 데 중요한 역할을 합니다. 이 기술을 발전시키려면 모든 스트레칭 단계에서 구조적 특성과 변형 프로세스를 철저히 이해해야 합니다.

실시간으로 사문형 구조의 변형을 시각화

지금까지, 사문석 구조의 변형을 분석하는 것은 파손과 같은 물리적 손상이 발생한 후에만 가능했습니다. 즉, 연구자들은 이전 스트레칭 사이클의 이론적 시뮬레이션이나 제한된 관찰 데이터에 의존해야 했고, 구조적 거동에 대한 실시간 통찰력을 방해했습니다.

POSTECH 팀은 구조적 색상의 변화, 즉 변형 중에 나노스케일에서 발생하는 색상 변화를 활용하여 이 과제를 해결했습니다. 늘어나면 색상이 변하는 기계색소 물질인 키랄 액정 엘라스토머(CLCE)를 사용하여 그들은 사문석 구조의 변형을 정확하고 실시간으로 시각화할 수 있는 시스템을 개발했습니다. 또한 팀은 이론적 유한 요소 분석을 통해 결과를 검증하여 이 기술이 최적화된 설계 응용 분야에 잠재력이 있음을 확인했습니다.

기술적 및 산업적 중요성

이 혁신적인 접근 방식은 복잡한 나노 제작 공정의 필요성을 없애고, 사문석 구조가 어떻게 변형되는지에 대한 명확하고 실시간 이해를 제공합니다. 다양한 스트레칭 환경에서 이러한 구조를 최적화하기 위한 실행 가능한 설계 지침을 제공함으로써, 이 기술은 스트레칭 가능한 장치의 상용화를 빠르게 추진할 준비가 되어 있습니다.

최수석 교수는 "이번 연구는 신축성 기술의 핵심인 연결 구조의 정밀한 평가와 설계에 대한 문을 열었다"며 "디스플레이, 반도체, 센서, 전자 피부, 스마트 의류, 소프트 로봇 등의 분야에서 응용 분야를 확대하고 상용화를 앞당길 것으로 기대한다"고 말했습니다.

감사의 말

본 연구는 삼성미래기술육성사업과 한국산업기술기획평가원 산하 스트레처블 디스플레이개발실증사업의 지원을 받아 수행되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/12/241225145531.htm