[중앙이코노미뉴스 한상현] 국립금오공과대학교(총장 곽호상) 화학소재공학부 소재디자인공학전공 배근열 교수 연구팀이 한국생산기술연구원 양찬우 박사 연구팀과의 공동연구를 통해 ‘액체 금속 복합체 기반의 고민감 유연 압력센서’를 개발했다. 이 압력센서는 유연하면서도 외부에서 가해지는 압력을 전기적 신호로 변환하는 기능이 있어, 전자 피부, 로봇, 헬스 모니터링 등 다양한 미래 산업분야에 활용될 것으로 전망된다.

최근에는 압력센서의 민감도를 향상시키기 위한 연구가 전 세계적으로 활발히 진행되고 있다. 연구자들은 유전체 층의 내부에 응력 집중을 유도할 수 있는 피라미드형, 구형, 다공성 등의 형태를 띤 미세구조를 도입하거나, 유전체 층 내에서 높은 유전율(축전기의 양극 사이에 유전체를 넣었을 때와 넣지 않았을 때의 전기 용량의 비율)을 지닌 탄소, 금속, 세라믹과 같은 전도성 필러를 도입하는 방식을 통해 센서의 민감도를 높이고자 노력해왔다.

하지만 미세구조를 제작하여 도입하는 기존 방식은 포토리소그래피, 식각 및 진공 기반 플라즈마 처리 등 복잡한 절차를 포함하고 있어, 많은 시간과 비용 소요로 인해 유연 압력센서의 상용화 및 대량 생산에 큰 제약이 된다. 또한 유전체 층에 도입되는 기존의 전도성 필러는 본질적으로 높은 탄성 계수를 가져 유전체 층의 강성을 증가시킨다. 이는 압력센서의 압축성 저하를 초래하기 때문에 결과적으로 민감도 향상에도 제한이 발생된다.

이러한 한계점 극복을 위해 배근열 교수 연구팀은 UV 레이저(Laser) 식각 공정을 활용해 유연 압력센서를 간편하게 제작하는 기술을 제안했다. 또한 낮은 탄성 계수 및 높은 유전율을 지닌 액체 금속을 유전체 층 내 도입함으로써 유연 압력센서가 높은 민감도를 갖도록 했다.

교신 저자인 국립금오공대 배근열 소재디자인공학전공 교수는 “이번 연구는 기존 유연 압력센서의 기술적 한계를 뛰어넘는 새로운 가능성을 발견한 것으로서, 차세대 웨어러블 기기, 헬스케어, 가상현실 등 다양한 미래 산업에 중요한 기술적 기반이 될 것으로 기대한다.”고 밝혔다.

이번 연구는 재료 분야의 저명 국제학술지 ‘ACS Applied Materials and Interfaces(JCR 상위 15%, IF 8.5)’속표지 논문(Supplementary Cover)으로 선정됐으며, 지난 6월 5일자 온라인 게재됐다. 논문 제목은 ‘Liquid metal composite based flexible pressure sensor with high sensitivity(액체 금속 복합체 기반 고민감 유연 압력센서)’다.

이번 연구는 교육부 한국연구재단의 기초연구사업과 산업통상자원부 소재부품기술개발 사업의 지원으로 수행됐으며, 소재디자인공학전공 한강토 석사과정 학생이 논문의 제1저자로 연구에 기여하였다.