아주대 한승용·강대식·고제성 교수 연구팀이 형상기억폴리머 소재를 활용해 자유롭게 형태를 변형할 수 있으면서도 접힌 부분의 구겨진 주름을 스스로 펼 수 있는 전자 장치를 개발했다. /한국연구재단 

국내 연구진이 반복해서 접었다 펼칠 때 나타나는 접힘 자국을 없애는 전자 장치를 개발했다. 자주 사용하면 접힘자국이 생기는 현재의 폴더블폰을 대체할 방법을 찾을 수 있을 것으로 기대를 모은다.

아주대 한승용·강대식·고제성 교수 연구팀은 7일 일시적으로 변형돼도 외부 자극을 받으면 원래 상태로 돌아가는 ‘형상기억폴리머’ 소재를 활용해 자유롭게 형태를 변형하면서도 접힌 부분의 주름이 스스로 펴지는 전자 장치를 개발했다고 밝혔다.

형상기억폴리머는 일시적인 변형 상태에서 외부의 자극이나 온도와 같은 환경의 변화에 의해 원래의 상태로 돌아갈 수 있는 스마트 소재의 하나다.

최근 폴더블 폰이 연이어 출시되는 등 폴더블 디스플레이 기반 전자 장치에 대한 관심이 높아지고 있다. 그러나 반복되는 접힘 자국으로 인해 발생하는 주름 때문에 장치의 성능이 저하되거나 화면 왜곡과 같은 문제가 발생했다. 이전 연구들은 유연한 재료를 사용해 주름 문제를 해결하려 했지만, 이런 재료로 만들어진 전자 장치는 높은 마찰력, 형태 유지의 어려움, 낮은 내구성 등으로 인해 실제 사용에 한계가 있었다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 나비의 날개에서 아이디어를 얻었다. 나비의 날개는 우화 과정 중 체액을 활용해 강성(剛性·어떤 물체가 외부로부터 압력을 받아도 모양이나 부피가 변하지 아니하는 단단한 성질)의 변화를 보여준다. 연구팀은 나비의 날개의 메커니즘에서 착안해 부드러움과 딱딱함을 약 700배까지 조절할 수 있는 형상기억폴리머를 만들었다.

이렇게 만든 전자 장치는 강성이 낮은 엘라스토머 층을 결합하여 회복 불가능한 소성 변형을 방지하는 완충 기능을 갖추고 있으며, 변형에 강한 은 나노와이어 전극을 내장했다. 엘라스토머는 고무와 같은 특성을 가진 폴리머 재료로 큰 변형을 겪어도 원래의 형태로 돌아갈 수 있는 높은 탄성을 가지고 있다. 은 나노와이어는 단면의 지름이 나노 단위인 은 기반의 극미세선을 의미한다.

작은 알약에도 압축해 보관할 수 있는 이 장치는 단단한 강성을 유지하지만, 꺼내서 열을 가하면 형상기억폴리머의 강성이 순간적으로 낮아져 주름이 사라지게 된다. 이 과정에서 전극이 재연결되어 구겨지기 전과 같은 터치 패널 기능을 수행할 수 있다.

한승용 교수는 이번 연구 성과에 대해 “전자 장치의 휴대성을 크게 향상시키는 것은 물론, 장기적으로는 전자 폐기물 감소에 기여할 것”이라며 “향후 폴리머 기반 발광층(PLED)과 결합되어 새로운 사용자 맞춤형 디스플레이가 될 수 있다”고 말했다.

이번 연구 성과는 전자 공학 분야 국제학술지 ‘네이쳐 일렉트로닉스(Nature Electronics)’에 지난 6일에 게재됐다.

고제성 교수는 공학대학원 기계시스템공학과에서 생체모방로봇 과목을, 강대식 교수는 머신러닝기계공학응용 과목을 담당하고 있다.

참고 자료

Nature Electronics(2023) DOI : https://doi.org/10.1038/s41928-023-01089-6

출처 사이언스 조선