국내 연구진, 양자점 발광소자 활용한 초감도 압력센서 개발

최태우 기자 / 기사승인 : 2020-02-14 09:41:09
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▲ 연구진이 개발한 얇고 투명한 초감도 압력센서시트 [사진=ETRI]
[IT비즈뉴스 최태우 기자] 국내 연구진이 양자점(Quantum dot) 발광소자를 응용한 고감도 압력 센서 개발에 성공했다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 서울대 연구팀(홍용택 교수, 이병문 연구원)과 함께 나노 복합소재를 이용해 기존보다 민감도가 최대 20배 높은 초고감도 투명 압력 센서를 개발했다고 밝혔다.

기존 압력 센서는 전극으로 십자 패턴을 만들어 맞닿는 부분의 압력에 따라 전도도가 달라지는 센서 물질을 넣는 구조다. 허나 해당 구조는 감도가 떨어져 미세한 압력 변화를 감지하기 힘들고 압력 신호 데이터를 추가 처리해야만 관련 정보를 볼 수 있었다.

ETRI는 새로운 센서 물질로 나노 소재를 이용하고 이를 양자점 발광소자의 적층구조에 응용해 감도를 높이면서도 압력분포를 바로 볼 수 있게 개발했다. 압력에 의해 접촉된 부분만 발광하는 형태다.

연구진은 전도성 고분자 나노 와이어와 나노 셀룰로스를 섞은 복합소재를 센서 물질로 활용했다. 나노 와이어끼리 접촉이 많아지면 전도도가 높아진다는 특성을 이용해 접촉량을 늘릴 수 있도록 1㎛ 두께의 초박형 투명 고감도 센서로 복합소재로 만들었다.

센서 물질을 적용한 양자점 소자도 만들었다. 전기를 가하면 발광하는 퀀텀닷 구성층 위에 연구진이 개발한 나노 물질을 올려 압력이 가해질 때만 전류가 흘러 빛을 내게 하는 구조다. 개발된 센서는 투명하고 두께가 2㎛이고 100mm x 100mm 크기이며 압력이 가해지면 압력분포 부분이 실시간으로 빨갛게 표시된다.

센서의 민감도 또한 사람 맥박 표시가 가능할 정도로 뛰어나고 압력의 범위도 손바닥 전체를 누르면 표시할 정도로 넓다는 게 연구진의 설명이다.

바늘 침의 압력도 감지 가능한 수준으로 정교하며 전극을 복잡하게 배열할 필요가 없어 1㎛ 두께로 얇으면서도 감도가 높은 소자를 만들 수도 있다. 색이 투명해 소자도 투명하게 만들 수 있어 다양한 기판에 올려 활용하기도 쉽다.

소재가 유연하고 용액 공정으로 적용하기도 쉬워 넓은 면적의 기판이나 웨어러블 기기를 제작할 때도 유리하다고 설명했다.

실제 연구진은 나뭇잎의 잎맥 형상, 손가락의 지문 모양 및 지문의 깊이 등 아주 작고 세밀한 패턴이 있는 물체의 표면들을 실시간으로 표시하고 데이터 처리를 통해 깊이감이 있는 3D로 표시해냈다.

ETRI 이정익 실감소자원천연구본부장은 “연구진이 개발한 초박형 압력 센서는 초고감도 특성을 지녀 생체인증, 웨어러블 기기, 로봇 팔, 터치형 디스플레이, 의족/의수, 전자제품 등 압력 센서가 활용된 분야에 폭넓게 활용이 가능할 것으로 기대한다”고 밝혔다.

해당 연구는 과학기술정보통신부 ‘스킨트로닉스를 위한 감각 입출력 패널 핵심기술 개발’ 및 ‘디스플레이 일체형 투명 플렉서블 복합 생체인식 디바이스 핵심기술 개발’과제로 진행됐다. 연구성과는 1월31일 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 온라인에 게재됐다.

 

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