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전자전기공학부 손동희 교수 연구팀, 자가치유 가능한 신축성 반도체 재료 기반 인공전자피부 개발 2019.11.13
  • 전략기획홍보팀
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게시글 내용

전자전기공학부 손동희 교수 연구팀,
자가치유 가능한 신축성 반도체 재료 기반 인공전자피부 개발

- SKKU-스탠포드대-경희대 공동연구진, 상온에서 자가 치유 가능한 신축성 반도체 개발

- 압력에 대한 높은 민감도 보유, 향후 차세대 로봇 인공전자피부로의 활용 기대

전자전기공학부 손동희 교수 연구팀은 美 스탠포드 대학 제난 바오(Zhenan Bao) 교수팀 및 경희대 오진영 교수팀과의 공동연구를 통해, 외부 충격에 의해 손상이 발생해도 상온에서 자가치유(Self-healing)되는 신축성 반도체 재료 기반의 인공전자피부를 개발했다고 밝혔다. 본 연구진이 개발한 인공전자피부는 외부자극의 도움 없이 자가 치유 성능을 유지할 수 있으며, 신축성이 매우 뛰어나다. 또한, 외부 압력에 매우 민감하여 변형 센서로 사용이 가능하다. 이러한 장점들은 차세대 인공전자피부 개발에 큰 혁신이 될 전망이다.


본 연구는 삼성전자-스탠포드대 ‘Global Research Partnership’ 사업으로 수행되었으며, 이 연구결과는 권위 있는 국제 학술지인 사이언스 어드밴시스 (Science Advances, IF: 12.804)지에 11월 8일(금) 게재되었다.
 * (논문명) Stretchable self-healable semiconducting polymer film for active-matrix strain-sensing array


신축성 자가치유 반도체 재료는 신축성 자가치유 절연 고분자*와 유기반도체** 고분자간의 금속배위결합 기반의 동적 가교를 통해 형성된다. 이렇게 형성된 신축성 자가치유 반도체는 신축성이 매우 높고 (1300% 이상), 상온에서 자가치유가 가능하다.
*신축성 자가치유 절연 고분자 : poly(dimethylsiloxane-alt-2,6-pyridinedicarbozamine) (PDMS-PDCA)는 PDMS 부분은 신축성을 향상시키며, 금속배위결합 기반의 동적가교를 통해 자가치유가 가능함.
**유기반도체 :
  poly(3,6-di(thiophen-2-yl)diketopyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4-dione-alt-1,2-dithienylethene) with 10 mol% 2,6-pyridinedicarboxamine moieties (DPP-TVT-PDCA)는 기존에 많이 사용되던 DPP-TVT 유기반도체에 금속배위결합 기반의 동적가교를 가능하게 함하는 PDCA를 결합한 것이다. PDCA는 신축성 자가치유 절연 고분자와 유기반도체간의 동적가교가 가능하게 함.


신축성 자가치유 반도체의 내부구조는 반도체 특성을 나타내는 나노입자들과 주변을 감싸는 절연층으로 구성된다. 이러한 특이적 상분리(Phase separation) 현상에 의해 외부 변형에 매우 높은 민감도(게이지율*** (Gauge factor): 2배 인장시, 약 50만배 이상)를 나타낸다. 높은 변형민감도를 갖는 신축성 자가치유 반도체는 능동형 (Active matrix) 센서 어레이 구조에 적용되어 인공전자피부로 활용되었다.
***게이지율 : 단위변형당의 저항변화율로 표시된다. 즉, 게이지율이 클수록 센서의 민감도는 높아진다.


손동희 교수는 “이번 연구 성과는 기존의 플렉서블 반도체 성능을 한 단계 더 향상 시킬 수 있는 새로운 패러다임의 신축성 자가치유 반도체를 개발한 것으로, 사람의 실제 피부와 유사한 스마트 인공전자피부 구현 가능성을 열었다”면서 “향후 로봇이나 보철용 인공피부 기술의 초석이 될 것으로 기대된다”고 연구 의의를 설명했다.

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