나노기술 및 정책 정보

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  노스캐롤라이나 주립대 연구진들이, 기판상에서 원래 길이의 2배 이상 늘어날 수 있는 코일 형태의 실리콘 나노와이어를 최초로 개발했다. 이로서 신축성 전자소자를 의류, 신체이식형 건강 모니터링 장치 및 기타 다양한 용도에 구현할 수 있게 되었다.

  “신축성 전자소자를 만들기 위해서는 전자소자를 신축성 기판 위에 설치할 필요가 있다. 문제는 전자소재 자체가 단단하고 부서지기 쉬운 특성을 가지고 있다는 점이다. 우리 연구의 핵심은 소재의 전기적 특성을 유지하면서 신축성을 증가시킬 수 있도록 코일 형태로 가공할수 있는 전자 재료를 만드는 것이다.”라고 연구에 참여한 노스캐롤라이나 주립대 기계 및 항공학과 조교수인 Yong Zhu 박사가 말했다.

  기존의 연구에서는, 아코디언의 주름상자 같이 늘릴 수 있게 전자소재를 물결모양으로 고정하는 방법을 적용했다. 그러나 이 경우, 파형의 피크와 밸리(골)와 같은 국부위치에서 최대 변형(strain)이 일어나게 된다고 Zhu는 말한다. 따라서 파괴 변형(failure strain)이 국부위치에 도달하는 순간 전체 구조가 파괴된다.
  “큰 변형을 수용할 수 있는 이상적인 형태는, 구조 전체에 균일한 변형률 분포를 부여하는 것이며 그것이 바로 코일 스프링이다. 결론적으로, 웨이브형 소재는 코일의 신축성을 따라갈 수 없다. 에너지 면에서, 코일 형상은 와이어와 같은 1차원 구조에 제일 적당하다.”라고 Zhu 교수는 밝혔다. Zhu 교수 연구팀은 고무 기판에 압력을 가한 채 특정 강도의 자외선과 오존으로 처리하여 고무의 기계적 특성을 변화시킨 후, 그 기판 위에 실리콘 나노와이어를 올려놓았다.  

  압력을 제거하자마자 나노와이어는 코일로 변형되었다. 이전 연구에서는 기판의 사용 없이 나노와이어만을 가지고 코일을 만들 수 있었으나, 신축성 기판 위에서 직접 코일을 만든 것은 이번이 처음이다. “이 새로운 코일의 기계적 특성으로 인해 원래 길이의 104%까지 추가적으로 늘릴 수는 있지만, 접촉저항 변화나 전극 성능 상실 등의 요인 때문에 그렇게 큰 범위까지 코일의 전기적 특성을 신뢰성 있게 유지할 수는 없다. 우리는 코일이 기계적 연신 한계점인 100% 이상으로 연신되었을 때 그 전기적 성능의 신뢰도를 향상시키는 연구를 하고 있다.”고 Zhu 교수가 말했다.