오진영 부교수

의료용 고무(BIIR)와 유기 반도체(DPPT-TT)를 가황 공정으로 복합화하여 신축성과 반도체 특성을 동시에 확보하는 연구를 수행하고 있습니다. 가황 공정을 기반으로 고무와 유기반도체를 화학적으로 가교시켜 기계적 신축성과 전기적 특성을 동시에 만족하는 복합 신축성 소재를 설계했습니다. 이 소재는 반복적인 인장과 이완이 가해지는 환경에서도 안정적인 전하 이동 특성을 유지할 수 있도록 고분자 네트워크 구조를 최적화하는 방식으로 개발되었습니다. 이렇게 개발된 신축성 반도체 복합소재는 생체 이식형 전자소자와 웨어러블 전자피부 분야에 적용되고 있으며, 인체 조직과 유사한 기계적 물성을 바탕으로 장기간 삽입 및 부착이 가능한 소자 구현에 활용되고 있습니다. 전하 이동도는 1.0 cm²/Vs 이상으로 측정되었으며, 100% 연신 상태에서도 소자 성능이 유지됨을 확인했습니다. 실제 생체 이식 실험에서는 30일간 염증 반응이 0%로 나타나 생체적합성이 검증되었으며, 동물 실험을 통해 안정성이 확인되어 TRL 5 단계에 도달했습니다. 이러한 결과는 신축성 전자소재 분야에서 기계적 안정성과 전기적 성능을 동시에 만족시키는 대표적 사례로 평가됩니다.

신축성 유기트랜지스터와 전자피부 구현을 위한 저전력 회로 설계 연구를 진행하고 있습니다. 재구성형 로직-인-메모리(R-LIM) 구조와 문턱 전압 이하(subthreshold) 구동 기술을 결합하여 하나의 소자로 논리 연산과 메모리 기능을 동시에 수행할 수 있는 회로를 설계했습니다. 이 기술은 기존 유기 트랜지스터 회로 대비 소비 전력을 크게 낮추면서도 온도 변화에 민감하게 반응하는 센싱 특성을 확보하는 방향으로 개발되었습니다. 개발된 소자는 전자피부 및 웨어러블 센서 어레이에 적용되어 인체 부착형 온도·압력 감지 시스템 구현에 활용되고 있습니다. 실험 결과 온도 감도는 9.4%/°C로 측정되었으며, 소비 전력은 1 nW 미만으로 초저전력 구동이 가능함을 확인했습니다. 4인치 웨이퍼 스케일의 대면적 소자 어레이 제작까지 완료하여 대면적 시제품 제작 단계인 TRL 4에 도달했습니다. 이는 초저전력 웨어러블 전자피부 시스템 구현을 위한 핵심 회로 기술로 평가됩니다.

자가 치유 탄성체 기반 나노웹 복합 소재를 활용하여 인체에서 발생하는 압력과 열을 전기 에너지로 변환하는 에너지 하베스팅 연구를 수행하고 있습니다. 자가 치유 탄성체와 압전·열전 특성을 지닌 나노섬유를 복합화하여 나노웹 구조의 에너지 하베스팅 소재를 설계했으며, 손상이 발생하더라도 소재 스스로 전기적 특성을 회복할 수 있도록 고분자 네트워크의 자가 치유 메커니즘을 도입했습니다. 이 소재는 웨어러블 에너지 하베스팅 소자 및 인체 부착형 발전 소자에 적용되어 인체의 움직임과 체온으로부터 전기 에너지를 지속적으로 확보하는 방향으로 연구되고 있습니다. 실험을 통해 소재를 절단한 이후에도 48시간 이내에 전기적 특성이 90% 수준으로 복원됨을 확인했으며, 인체의 열과 변형을 전기 에너지로 변환할 수 있음을 검증했습니다. 현재는 실험실 규모에서 원리를 증명한 TRL 3 단계에 있습니다. 이러한 특성은 반영구적으로 사용 가능한 자가 치유형 웨어러블 에너지 소자 개발의 기반 기술로 평가됩니다.