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성과명누르는 힘에 따라 밝기가 달라지는 전자피부 개발

Visco-Poroelastic Electrochemiluminescence Skin with Piezo-Ionic Effect(Advanced Materials (IF: 30.849, 2020년 기준))

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지원사업
개인기초연구(중견연구) 사업
지원 기관
과학기술정보통신부
연구 기관
서강대학교, 한양대학교
연구자
이종익, 최한빈, 강문성, 김도환
발표일
2021-06-02
조회수
88

누르는 힘에 따라 밝기가 달라지는 전자피부 개발


- 이온성 발광소재를 통한 촉감의 시각화 기술이 성큼 다가오다 -



개요

강문성 교수(서강대학교 화공생명공학과) 연구팀과 김도환 교수(한양대학교 화학공학과) 연구팀이 누르거나 당기는 등 힘의 변화를 빛의 미세변화로 응답하는‘스마트 발광형 전자피부’를 개발했다고 과학기술정보통신부(장관 임혜숙)가 밝혔다.
과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 개인기초연구(중견연구) 사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials)’에 6월 2일 0시(한국시간 기준) 온라인 게재되었다.


연구 내용

기존 감압발광형 촉각감지기(센서) 및 전자피부 기술이 채택하였던 물리적 형태변형 메커니즘이 아닌, 압력 및 응력 자극에 의한 고분자 나노구조의 유변학적 거동 (점-유탄성, visco-poroelasticity)과 이때 발생하는 소재 내 이온 분포의 변화(압이온효과, piezo-ionic effect), 그리고 전기화학발광현상 (electrochemiluminescence)의 상호작용 작동원리 (메커니즘)을 통해 종래 기술의 자극 인지 범위와 민감도 한계를 원천적으로 극복했다.
바닷물의 흐름이 만드는 자극에 의해 발광세기가 변하는 해양 플랑크톤의 생물발광원리에서 모티브를 얻었다. 해양플랑크톤의 생물발광은 플랑크톤 내부의 이온의 전달현상 및 전기화학적 산화・환원 반응에 기초했다. 개발된 전자피부에 압력이나 인장 등과 같은 외부 자극이 인가되면 고분자 네트워크의 형태에 변형이 일어나고, 이에 네트워크에 포함된 이온종의 이동도 차이에 따라 그 배치가 재배열되어 전위가 형성되는 압이온 효과를 보임을 최초로 확인했다. 압이온 효과를 이온성 발광소재의 전기화학발광현상과 연계하여, 전자피부에 인가된 미세한 압력을 발광신호로 직접 시각화화는 기술을 개발했다. 이를 통해, 압력(0~60kPa)과 응력 (0~100%)의 미세한 변화에서도 자극의 직접적인 시각적 되먹임이 가능한 새로운 개념의 촉각인터페이스용 포토닉 전자피부를 구현했다.


기대 효과

기존 포토닉 전자피부 분야에서 연구되지 않은 새로운 방식의 시각적 되먹임(피드백) 방법이며, 이러한 고감도 전기화학발광형 포토닉 소재의 개발은 학술적/기술적 의의가 크다. 최근 사용자 편의성 증대가 중요한 유연한(플렉서블) 터치스크린, 버튼 없는(버튼리스) 디스플레이 등의 소재로 응용되어 사용자-사물 간 직접적인 상호소통이 가능한 실감형 소자로서의 구현이 기대된다.


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