건국대학교 화학공학부 이위형 교수팀은 한양대학교 화학공학과 김도환 교수팀과 공동으로 액체 방울이 붙고 떨어지는 현상을 이용한 초민감 투명 그래핀 촉각센서를 개발했다고 밝혔다.

건국대 이위형 교수(교신저자)와 유기나노시스템공학과 이승철연구원(제1저자, 석사과정 졸업, LG디스플레이 연구원), 한양대 김주성 박사과정 학생(제1저자), 김도환 교수(교신저자) 공동연구팀의 이번 연구 논문은 재료분야 권위 있는 대표적인 국제 학술지 ‘어드밴스드 펑셔날 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’지 4월 최신호 표지논문으로 게재됐다.

웨어러블 센서의 중요성이 증대되는 가운데 사용자의 주변환경을 실시간으로 인지하는 스마트 인터페이스 및 전자피부 기술의 중요성이 증대되고 있다. 전자피부 중 가장 중요한 기술은 작은 압력자극에도 민감하게 인식을 할 수 있는 촉각센서 기술이다.

▲ 이번 연구에서 제안된 촉각센서 매커니즘, 그래핀 그리드 위에 고정화된 이온성 액체가 상부그래핀 전극에 접촉함에 따라 정전용량이 변화하는 것으로부터 압력을 센싱하는 모식도

건국대와 한양대 공동 연구팀은 이온성 액체를 음각 그래핀 그리드 층 사이에 고정화하여 그래핀으로 제조된 상부 전극이 이온성 액체를 접촉함에 따라서 퍼지는 현상을 이용하여 미세한 접촉(Gentle touch)에도 최고의 민감도를 가지는 이온성 촉각센서를 개발하였다.

더 나아가 이 기술을 이용하여 소자와 소자 사이의 혼선(Crosstalk)이 완벽히 차단된 촉각센서 어레이를 제조하였다. 이와 같은 우수한 특성은 큰 유전율을 가지고 있는 이온성 액체가 상부 전극과 맞닿지 않을 때는 공기 정전용량을 지니다가 상부 전극에 닿는 순간 정전용량이 급격히 증가하는 현상을 이용한 것이다.

이번 연구는 액체 방울이 붙었다 떨어지는 현상을 이용하여 뛰어난 민감도와 빠른 회복속도를 지닌 촉각센서를 제조할 수 있다는 패러다임을 처음으로 제시하였고, 연구의 우수성으로 'Advanced Functional Materials'지 최신호에 표지논문으로 선정됐다.

이번 연구에서 개발한 이온성 촉각센서는 유연디스플레이, 헬스케어용 디바이스 등 다양한 분야에 응용이 될 수 있을 것으로 기대된다. 또한 이번 촉각센서를 대면적화 어레이로 제조하면 소자간 혼선이 적다는 장점이 있어 터치(touch)때 오류를 극소화 할 수 있을 것으로 기대된다. 또 그래핀 전극/이온성 액체 활성층은 투명하면서 유연하기 때문에 다양한 시각효과와 신체 부착성을 줄 수 있는 웨어러블 촉각 센서로 활용될 것으로 예상된다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 글로벌 프론티어사업(나노기반 소프트일렉트로닉스 연구단) 과 기초연구사업(중견연구)의 지원으로 수행됐다.