한국 연구진이 초미세 나노 회로를 다양한 표면에 손상 없이 전사할 수 있는 기술을 선보였다. 스마트 농업과 웨어러블 헬스케어, 생체전자공학 등 다양한 첨단 산업 분야에 활용될 것으로 기대된다.
한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 박인규 기계공학과 석좌교수팀이 정준호 한국기계연구원 박사팀, 안준성 고려대 교수팀과 함께 물 위에 띄운 정밀 금속 박막을 다양한 3차원 표면에 그대로 옮기는 '수면 부유 나노전사 인쇄(WF-nTP)' 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.
미세 전자회로를 다른 표면으로 옮기는 기존 나노전사 인쇄(nTP)는 높은 열·압력, 강한 접착제나 화학용매가 필요해 생체 조직이나 복잡한 곡면에는 적용하기 어려웠다.
연구팀은 '금속 회로를 물 위에 띄운다'는 새로운 접근법을 제안했다. 고분자 틀 위에 금·백금·팔라듐·니켈 등 금속을 얇게 증착한 뒤 플라즈마(이온화된 기체 상태 고에너지 물질)로 틀 일부를 선택적으로 제거했다. 이 구조물을 물에 넣으면 틈 사이로 물이 스며들어 20나노미터(㎚) 두께 금속 박막이 형태를 유지한 채 물 위에 떠오른다.
연구팀은 물 위 박막 아래로 물체를 담갔다가 천천히 들어 올리는 '국자질(scooping)' 방식으로 회로를 전사했다. 이후 물이 마르며 발생하는 모세관력(좁은 공간에서 액체가 이동하는 힘)이 회로를 표면에 밀착시키고, 물이 증발하면 분자 간 인력으로 접착제 없이 고정된다.
연구팀은 소수성(물을 흡수하지 않는 성질) 표면에도 회로 전사에 성공했다. 물에 에탄올을 첨가해 표면장력(액체 표면이 수축하려는 힘)을 낮춘 결과다.
연구팀은 식물 잎과 과일 표면에 부착하는 표면증강 라만 산란(SERS) 센서를 제작했다. 레몬·오렌지 표면에서 농약 성분인 티람을 성공적으로 검출했고, 신축성이 뛰어난 열가소성 폴리우레탄(TPU) 섬유 위에 팔라듐(Pd) 그물망을 전사해 웨어러블 고성능 수소 가스 센서를 구현했다.
박인규 석좌교수는 “농작물을 훼손하지 않고 농약을 측정하는 스마트 농업부터 착용형 건강 모니터링 기기, 생체전자소자, 차세대 로봇 전자피부까지 다양한 분야에 활용될 수 있으며, 향후 웨어러블 센서와 생체전자공학 분야 핵심 플랫폼 기술로 발전할 것”이라고 말했다.
강병호 박사과정이 제1저자로 참여한 이번 연구는 네이처 커뮤니케이션즈에 3월 30일 온라인 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
