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3-5. 웨어러블 센서 플랫폼 및 인터커넥션 기술 개발

| 연구참여자

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이름 :장원석
소속 :한국기계연구원
전화 :042-868-7134
이메일 :paul@kimm.re.kr
홈페이지 :http://www.kimm.re.kr
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이름 :정성준
소속 :포항공대
전화 :054-279-8868
이메일 :sjjung@postech.ac.kr
홈페이지 :http://sdc.postech.ac.kr/
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이름 :정운룡
소속 :포항공대
전화 :054-279-2148
이메일 :ujeong@postech.ac.kr
홈페이지 :http://hybrid.postech.ac.kr
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이름 :박수진
소속 :울산과학기술원
전화 :052-217-2515
이메일 :spark@unist.ac.kr
홈페이지 :http://spark.unist.ac.kr
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이름 :한세광
소속 :포항공대
전화 :054-279-2159
이메일 :skhanb@postech.ac.kr
홈페이지 :http://bnl.postech.ac.kr

| 연구목표

연신가능 소자 기술과 연신 소자상의 인터커넥션 기술 개발에 기반하여 일상에서 사용 가능한 실용적인 웨어러블 센서 플랫폼 개발.

| 연구내용

Topic 1. 프린팅 기술 기반 접지 및 인터커넥션 기술 개발 및 3차원 유기반도체 회로용 인쇄기술 개발

- 반도체 위에 반도체를 올리는 3차원 반도체 적층 기술 제안


(좌) n형 반도체와 p형 반도체를 적층한 3차원 상보형 유기 반도체의 개념도 (우) 3차원 상보형 유기반도체를 이루고 있는 각층을 보여주는 단면도


- 배열로 만들어진 반도체 소자를 프린팅기법으로 연결하여 논리회로를 ‘프로그램’ 할 수 있는 새로운 방식 도입


(좌) 플렉서블 디지털 논리회로 (우) 프로그램이 가능한 로직어레이와 디스플레이가 집적된 세계 최초의 플렉서블 집적회로 시스템


Topic 2. 연신가능 박막형 배터리 제조 기반 기술 개발

- 연신 및 수축 과정에서의 안전성을 위해 배터리 패키징 소재 개발
- 장시간 안정적이고 반복적인 충 방전 가능 연신성 배터리 개발


연신가능 박막형 배터리 제조 공정 및 추진 전략


Topic 3. 생체 피부 모사 고민감도, 다기능성 인공전자피부 개발

- 생체 피부 마이크로 구조 모사 촉각센서 설계 및 제작
- 계층 구조 고감도, 다범위, 정적/동적 압력 센서 개발 및 특성 평가


생체 피부 모사 PVDF/rGO 복합소재 기반 정적/동적 압력 및 온도 감지 인공전자피부



피부 모사 CNT/PDMS 복합 소재 기반 고민감도, 다기능성 인공전자피부


Topic 4. 인터커넥션 기술을 이용한 소자 집적화 및 웨어러블 센서 플랫폼 개발

- 노즐프린팅을 통해 은전구체를 블록공중합체에 프린팅하여 연신 기판상 소자간 Interconnection 기술 개발


프린팅 기술 기반 소자 간 interconnection 및 집적화


- 1D 나노물질 개별적으로 평면 내에서 좌굴이 일어나도록 유도하여 고투명, 고연신, 낮은 표면조도를 갖는 전극 소재 개발


은 나노선의 평면 내 좌굴을 이용한 고투명, 고전도성 연신성 복합재료 전극


- 하이드로젤의 자외선에 따른 선택적 경화를 이용하여 bio-inspired serpentine 구조를 모사한 후 은 나노선과의 복합재료를 만들어 투명하고 연신가능한 전극을 구성


Bio-inspired serpentine 구조의 하이드로젤 - 은나노선 복합재료


Topic 5. 스마트렌즈용 무선 구동 바이오 센서 플랫폼 개발

- 눈물 속 당 농도를 측정하는 당 센서 또는 안압을 측정하는 압력 센서를 스마트렌즈에 도입.
- 유연 기판 위 유체 내 반복적 사용이 가능한 고투명, 고연성 바이오센서를 제작하여 실시간으로 당 농도 및 안압을 측정하는 연구를 수행.
- 본 연구진에서 개발될 연신 가능 박막형 배터리를 이용하여 무선 충전 및 통신용 마이크로칩과 최종적으로 연신 기판상에 집적하여 헬스케어 플랫폼으로 개발.


스마트렌즈 기반 클리닉 시스템


| 기대효과

-웨어러블 센서 플랫폼의 구성 기술인 프린팅 기술 기반 연신가능 회로, 연신가능 투명회로, 연신가능 박막형 배터리, 투명전극을 통한 무선충전, 근거리 무선통신 마이크로칩 기능 등은 미래형 웨어러블 기기, 전자 피부 기술의 새로운 시발점이 될 수 있음.
-신개념 3차원 프린트된 반도체 소자 및 회로의 개발 및 확장을 통해 새로운 반도체 기술의 확립.
-연신가능 소자를 실용성 있게 활용할 수 있도록 플랫폼을 구성하는 기술은 앞으로의 연신소자 기술의 발전에 반드시 필요한 부분임
-연신 가능 배터리는 플렉서블 및 생체적합 디바이스에 적용가능한 전원공급장치로 대부분의 소형 웨어러블 디바이스에 접목이 가능한 기술이어 그 활용 가치가 높음.
-다양한 물리적 자극을 감지하는 센서들의 집적화를 통해 구현되는 기존의 스마트 센서 소자와 달리 본 연구과제에서 제시하는 센서 소자는 단일 소재를 이용하여 다양한 자극을 다른 신호처리 방식으로 구분/감지할 수 있기 때문에, 제조공정을 단순화할 수 있고 센서의 크기 및 두께를 줄일 수 있음.
-스마트 콘택트렌즈용 바이오센서를 이용한 다양한 질환들의 실시간 연속 진단시스템을 구현할 수 있을 것으로 기대됨.

| 대표연구실적

1.박수진, 송우진, 배소현, 정운룡, 송준혁-전기화학소자용 전극, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 전기화학소자(10-2016-0042880)
2. H. Lee, D. Um, Y. Lee, S. Lim, H. Kim, H. Ko, Adv. Mater., 2016, 28, 7457
3. S. Kang, T. Kim, S. Cho, Y. Lee, A. Choe, B. Walker, S. Ko, J. Y. Kim, H. Ko, Nano Lett., 2015, 15, 7933
4. J. Kwon, Y. Takeda, K. Fukuda, K. Cho, S. Tokito, S. Jung, Adv. Electron. Mater., 2016, 2, 1600046
5. J. Kwon, S. Kyung, S. Yoon, J. Kim, S. Jung, Adv. Sci., 2016, 3, 1500439