부산대학교(총장 최재원)는 광메카트로닉스공학과 이건희 교수와 서울대학교 첨단융합공학과 박성준 교수 연구팀이 공동연구를 통해 인쇄 공정 한 번으로 전도층과 절연층을 동시에 형성할 수 있는 신축형 전자회로 기술을 개발했다고 12일 밝혔습니다.

이번 연구는 리간드라는 특수 분자가 결합된 액체금속입자를 활용했으며, 별도의 활성화나 캡슐화 없이 안정적인 신축성 전도체를 구현한 것이 특징입니다. 연구팀은 고온에서 용매에 초음파를 가해 아민계 리간드를 형성하고 이를 액체금속입자 표면에 결합시켜 산화를 방지하면서도 분산성을 향상시켰습니다.

인쇄 후에는 리간드가 떨어져 나가며 입자들이 스스로 결합해 전기 전도층을 형성하고, 동시에 상부에는 절연층이 형성돼 수직 분리 구조를 자연스럽게 갖추게 됩니다. 또한 고밀도 은 잉크를 활용해 상부 절연층을 뚫고 하부 전도층과 연결되는 방식으로 원하는 영역에만 전기 연결을 제공하는 기술도 개발했습니다.

이 기술은 회로 간 단락을 방지하고 정밀한 다층 회로 구성에 기여할 수 있습니다. 연구팀은 실제 피부에 부착 가능한 다층 신축성 회로를 제작해 온도 센서 및 심박 측정(PPG) 기능을 통합했으며, 안정적인 생체 신호 측정이 가능함을 입증했습니다.

아울러 전도성 고분자 PEDOT:PSS와 액체금속입자를 조합해 제작한 신축성 전극은 피부에 직접 붙일 수 있을 정도로 유연하며, 웨어러블 바이오 센서, 건강 모니터링 기기 등 다양한 분야에 활용될 수 있습니다.

해당 전극은 의류에 통합해 근전도(EMG) 및 심전도(ECG) 측정을 안정적으로 수행했고, 마우스 실험을 통해 신경 자극용 임플란트 전극으로도 활용 가능성을 확인했습니다.

이번 연구는 이건희 부산대 교수와 서현엽 카이스트 연구원이 공동 제1저자로, 서울대 강지형 교수와 박성준 교수가 교신저자로 참여했으며, 연구 결과는 지난달 28일 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 게재됐습니다.

이건희 교수는 “유연 전극을 효율적으로 프린팅 할 수 있는 새로운 방법을 제시한 의미 있는 결과”라며 “프린팅을 통해 고무처럼 부드러운 전자소자를 제작해 헬스케어 시스템, 임플란터블 전자소자 및 유연 로봇에 핵심적으로 사용될 수 있을 것”이라고 말했습니다.