부산대 연구팀, 3D 그래핀-금속 전극 연결 안정성 높인 기술 개발

부산대 의생명융합공학부 서민호 교수 연구팀

(부산=연합뉴스) 민영규 기자 = 부산대학교는 의생명융합공학부 서민호 교수 연구팀이 3차원(3D) 그래핀과 금속 전극 사이의 전기적 연결 안정성을 높인 초소형·고내구성 이종접합 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.

이는 웨어러블 센서, 전자피부, 휴대형 바이오센서 등 차세대 유연전자소자의 소형화와 내구성을 높일 수 있는 핵심 기술로 주목된다.

그래핀은 강철보다 강도가 높고 전기·열 전도성이 우수한 차세대 소재로 반도체와 센서, 이차전지, 우주항공 등 다양한 산업에 활용할 수 있다.

그러나 3D 그래핀 기반 소자를 실제 전자소자로 구현하기 위해서는 그래핀과 금속 전극을 안정적으로 연결하는 기술이 필요하다. 기존 전도성 잉크나 페이스트 방식은 잉크가 넓게 퍼져 소형화가 어렵고, 반복 굽힘 과정에서 접합부 균열이나 박리가 발생해 소자의 신뢰성을 떨어뜨릴 수 있다는 한계가 있다.

서 교수 연구팀은 금속 전극 내부에 오목한 저장소 형태의 '리저버(reservoir)' 구조를 만들고, 그 안에 은 나노입자(Ag-NPs) 잉크를 국소적으로 주입한 뒤 온도 제어로 잉크 용매를 선택적으로 증발시키는 접합 공정을 개발했다.

이 기술은 전기적 성능과 기계적 내구성, 안정성에서 우수한 결과를 보였다.

특히 반복 굽힘이나 인장 변형 시 접합부에 집중되는 응력을 효과적으로 분산시켜 2mm 수준의 작은 굽힘 반경과 1만회 이상 반복 굽힘 조건에서 안정적인 전기적 특성을 유지했다.

서 교수는 "이번 연구는 3D 그래핀의 우수한 소재 특성을 실제 유연전자소자와 센서 시스템으로 안정적으로 구현하기 위한 연결 기술을 제시한 성과"라며 "3D 그래핀 기반 유연전자소자의 소형화, 고신뢰성, 장기 안정성을 동시에 확보함으로써 웨어러블 헬스케어와 인간-로봇 인터페이스, 현장진단 바이오센서 분야의 실용화에 기여할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

이 같은 연구성과를 담은 논문은 국제학술지 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)'에 게재됐다.