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신축에 의해 작동하는 전자 스위치 개발

한인 연구원 2명 주도, 독일 <어드밴스드 머티리얼스> 표지에 실려

선수현 기자 |  2021.11.08

한인 연구원이 주도한 독일·미국 공동 연구팀이 신축에 의해 작동 가능한 전자 스위치를 세계 최초로 개발하는 데 성공했다. 연구팀에는 한인 연구원 두 명(채수상-독일 라이프니츠 폴리머 연구원, 최원진-미국 미시간대학 박사)이 아이디어부터 제작, 실현까지 주도적으로 참여한 것으로 알려졌다. 

해당 연구 결과는 독일의 재료공학분야 세계적인 학술지 <어드밴스드 머티리얼스>에 지난달 표지 논문으로 선정됐다. 

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연구팀이 개발한 신축에 의해 작동 가능한 전자 스위치. 재료를 늘이기 전에는 전기가 통하지 않은 절연체의 특성을 보이다가(왼쪽), 늘였을때 전기가 통하는 전도체 특성을 나타낸다(오른쪽).

연구팀은 약 25nm(나노미터·10억분의 1미터) 두께의 얇은 금속 박막 두 층을 쌓고 그 사이에 늘어나는 탄성체 10nm 막을 삽입하는 설계를 통해 신축에 의해 작동하는 트랜지스터식 스위치를 개발했다. 즉 늘어나는 금속 물체에 전기가 통할 수 있는 기술이다. 

과학자들은 수십 년간 신축성 전자 재료를 개발해왔으나, 신축 시 내부 금속 구조체의 간격이 벌어지는 한계에 직면했다. 늘어나는 소재에 전기가 통하지 않다가 전기가 통하는 상태로 변화하는 스위치 개발은 기존 방식으로는 실현 불가능한 난제에 가까웠다. 때문에 신축에 의해 전기 특성이 저하되는 타입만 개발하는 데 머물렀다.

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독일 국제학술지 <어드밴스드 머티리얼스> 표지를 장식한 해당 연구.

연구팀은 두 금속 박막 사이에 삽입한 연성 소재의 포아성 효과(Poisson Effect)를 이용했다. 포아송 효과에 양자 터너링 효과를 더해 신축 시 두 금속 박막이 가까워지면서 전류가 통하지 않다가 통하는 상태로 바뀌는 원리를 구현한 것. 포아송 효과는 고무 같은 물질을 양옆으로 잡아당길 때 당기는 방향으로는 늘어나지만 수직 방향으로는 물질이 수축하는 물리 현상이다. 

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연구에 참여한 채수상 박사(왼쪽), 최원진 박사

해당 연구팀 소속 채수상 연구원·최원진 박사는 “추가 연구를 통해 사람 피부나 소프트 로봇 등 매우 정교한 형태의 부드러운 객체 변화를 감지할 수 있는 차세대 응용소자에 적용 가능한 활용 가치가 무한한 연구 성과라고 본다”고 밝혔다.

 

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