한국과학기술연구원(KIST)은 전북분원 복합소재기술연구소 홍재민 박사팀이 하이드로겔-고무 복합소재와 은(Ag) 전극을 결합하여 고신축 전극을 개발했다고 30일 밝혔다.

최대 18.8배까지 늘어나도 성능을 유지하는 이 전극은 세계 최고 성능을 기록하여 복합소재 연구계의 주목을 받고 있다.

일반적으로 프린팅이 가능한 유연성 전극들은 PDMS(polydimethylsiloxane)와 같은 실리콘 계열의 신축성 고무 기반 위에서 만들어진다. 다만 피부나 여러 인체 조직들보다는 변형률이 낮아 착용감이 좋지 않은 단점을 가지고 있었다.

연구진은 변형률이 높으면서 피부와 유사한 질감을 가지는 하이드로겔 소재에 주목했다. 하이드로겔위에 고무를 얇게 코팅해 은(Ag) 잉크를 결합하는 방법을 개발한 것. 표면처리 기법을 이용해 고무(ECOFLEX)를 머리카락 두께의 반 정도인 30μm(마이크로미터, 10만분의 1cm)의 두께로 만든 하이드로겔-고무 복합체 위에 프린팅 기술을 적용했다.

이번에 개발된 고신축 전극은 사용자가 원하는 패턴으로 프린팅 할 수 있기 때문에 대면적 회로형성에도 유리하다. 기존과 다르게 변형률이 매우 높은 고신축 기판 위에 만들어졌기 때문에 인체에 부착하는 전자 피부로 사용할 경우 훨씬 더 편안한 착용감을 줄 수 있다는 장점이 있다.

특히 기존 유연 전극들의 세계 최고 기록은 5~6배 정도였으나, 연구진이 개발한 은(Ag) 잉크 고신축 전극은 기존 대비 18.8배 늘어나는 성능을 보였다.

홍재민 박사는 “향후 이 기술은 전자 피부와 부착형 의료기기 등 다양한 분야에 접목돼 웨어러블 기기와 소프트 로봇 혁신에 기여할 것”이라고 내다봤다.

한편 이번 연구는 산업통상자원부가 지원한 산업핵심기술개발사업과 과학기술정보통신부가 지원한 KIST 기관고유사업으로 수행됐다. 연구결과는 재료 과학 분야 국제 학술지인 ‘Advanced Materials’(IF: 19.791, JCR 랭킹 상위 1.027%)에 게재됐다.