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전기전도성을 가진 실
연구소 2013-07-29 4285

독일 연구진은 전기가 통하는 실을 만들었다. 즉, 이번 연구진은 새로운 스마트 직물을 개발하였다.

지금까지, 섬유와 같은 3차원 구조를 유기 반도체라고 불리는 전자 구성요소에 재생 가능한 방법으로 적용시킬 수 없었다. 그러나 이번 연구진은 전기적으로 활성인 재료들을 실 위에 증착시킬 수 있는 새로운 방법을 개발했다.

반도체 부품을 대상으로 한 재생 가능한 회전 코팅은 새로운 종류의 스마트 직물을 만들 수 있게 한다. 다시 말하면, 이것은 옷 속에 삽입할 수 있는 전자 장치를 개발하는데 중요한 역할을 할 것이다. 이번 연구진은 유리 섬유 위에 유기 반도체 부품을 진공 증착할 수 있는 방법을 개발했다.

이번 연구진은 유기 광 발광 다이오드(OLED)가 기판에 관련된 가장 높은 기준을 요구하기 때문에 OLED를 사용했다. 오늘날, 연구진은 OLED를 기능화하기 위해서 실을 적용할 수 있었고, 이것은 빛을 발생시켰다. 그러나 이것을 트랜지스터 또는 태양 전지와 같은 다른 장치들에 적용하기 위해서는 몇 가지 문제들이 존재하지만, 이것이 코팅 형태로 존재할 때 상대적으로 덜 복잡한 구조를 가진다.

작은 분자 섬유 코팅에서의 한 가지 문제는 진공 조건 하에서 수행되어야 한다는 것이다. 회전 코팅 프로세스를 이용해서, 이번 연구진은 섬유를 균일하게 코팅할 수 있고, 공기와의 접촉 없이 진공에서 제거될 수 있다는 것을 발견했다. 이것은 OLED가 산소와 물과 매우 민감하기 때문에 중요하다.

이번 연구진은 이런 구성요소들이 증발될 때까지 진공에서 재료를 가열함으로써 이런 구성요소들을 실로 만들 수 있었다. 물이 전기 레인지 위에서 가열되어 증기로 생성되고 창문 위에 응축되는 것과 동일한 방법으로 이 재료는 섬유 위에 응축된다. 7개의 층들이 섬유에 적용되어야 한다. 그들 중의 몇몇은 단지 원자 몇 개의 두께를 가지고 있다. 섬유에 적용되는 층들은 약 200나노미터의 두께를 가지고 있다; 다시 말하면, 미세한 먼지와 같은 입자들은 OLED의 층 두께보다 50배 더 크다. 그리고 이것은 또 다른 문제를 일으킨다. 방직 섬유들은 거친 표면을 가지고 있다. 그러나 전기 부품들은 부드러운 표면 위에서만 작동된다. 단지 몇 나노미터의 두께의 스크래치는 단락과 같은 문제를 일으킬 수 있다.

이것은 매우 부드러운 표면을 가지도록 유리 섬유에서 시도되는 방법이다. 그러나 유리 섬유는 깨지기 쉽고, 직물로 만들기에 적합하지 않다. 따라서 연구진은 폴리머로 코팅된 유리 섬유로 이 연구를 수행하고 있다. 이 연구의 목적은 유기 반도체에 성공적인 코팅을 하고 섬유 표면을 매끈하게 하기 위한 폴리머 섬유 코팅을 개발하는 것이다.

연구진은 1 mm 두께의 섬유로 시작했고, 굉장히 만족스러운 결과를 도출했다. 연구진은 5밀리미터에서 빛나기 위해서 500마이크로미터 섬유를 얻을 수 있었다. 섬유를 구부려도, OLED는 여전히 작동하였다.

이 실험은 큰 성공을 거두었지만, 여전히 스마트 섬유가 구현되기 위해서는 몇 가지 문제를 해결해야 한다. 한 가지 문제로 제한적인 전기적 기능성의 수명을 들 수 있다. 산소와 습도에 대항해서 유기 반도체 분자를 보호할 수 있는 보호층에 대한 해결책은 아직 없다.

지금까지 사용되었던 섬유들은 직물로 만들기에는 깨지기 쉽고 너무 두꺼웠다. 이번 연구진은 특허 등록을 준비 중이다. 이 연구결과는 국제 심포지엄인 ISFOE(International Symposium on Flexible Organic Solutions)에서 발표되었다. 연구진은 스마트 직물의 재생 가능하고 제어 가능한 제조를 향한 첫 번째 단계를 이루었고, 이 연구결과는 다양한 분야에 매우 유용하게 적용될 수 있을 것이다.

그림. 밀리미터 길이로 빛나는 500 마이크로미터의 지름을 가진 섬유.

 

출처 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑

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