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[POSTECH 연구팀, 세계 최초 서펜타인 구조 시각화로 스트레쳐블 기술 상용화 앞당겨]

POSTECH, '서펜타인' 구조 실시간 분석 및 시각화 기술 개발 전자전기공학과 최수석 교수 연구팀(박사과정 한상현, 신준혁, 박지윤, 석사과정 양학준, 남승민 박사)이 스트레쳐블(stretchable) 기술의 핵심인 ‘서펜타인(Serpentine)’ 구조의 변형 과정을 실시간으로 분석하고 이를 색 변화로 시각화하는 기술을 개발했다. 이번 연구는 국제 학술지 어드밴스드 사이언스(Advanced Science) 12월호 온라인판에 게재됐으며, Inside Back Cover로 선정됐다. 스트레쳐블 기술: 자유형태 변형으로 차세대 전자기술의 혁신 유연(flexible)하고 형태 변형이 가능한(deformable) 전자 기술은 디스플레이 중심의 벤더블(bendable), 폴더블(foldable), 롤러블(rollable), 슬라이더블(slidable) 기술에서 나아가 자유로운 형태 변형이 가능한 스트레쳐블 기술로 발전하고 있다. 스트레쳐블 기술은 디스플레이와 센서, 반도체뿐 아니라 전자 피부, 생체 모방형 로봇, 스마트 의류 등 다양한 분야에서 주목받고 있다. 이 기술은 크게 고무와 같이 늘어나는 소재 기술 개발과 기존의 반도체 및 디스플레이, 전극, 센서 기술과 호환 가능한 구조 설계 방식으로 나뉜다. 특히, 구조 스트레쳐블 기술에서는 신축성이 없는 기존 전자소자들을 신축성과 함께 서로 연결하는 구불구불한 모양의 서펜타인 (Serpentine) 연결구조의 설계와 최적화가 신축성을 제공하는 핵심 기술로써, 다양한 구조적 특성과 스트레칭 모든 과정에서의 변형을 이해하는 것이 기술 개발에 필수적이다. 서펜타인 구조의 실시간 변형의 시각화 기술 그러나, 기존 스트레쳐블 기술은 서펜타인 구조가 끊어지는 등 물리적 손상이 발생한 후에야 변형 상태를 확인할 수 있었다. 이로 인해 설계와 분석이 이론적 시뮬레이션에 의존하거나 이전 스트레칭 과정이나 실시간 관찰은 제한적이었다. POSTECH 연구팀은 빛의 길이에 해당하는 수백 나노미터길이의 구조에서 나타나는 구조색(Structural Color) 변화를 기반으로 서펜타인 구조의 변형을 실시간 분석하는 기술을 개발했다. 연구팀은 구조색 특성을 가지면서도 스트레칭 과정에서 색 변화가 나타나는 메카노크로믹(Mechanochromic) 특성을 가지는 신축성 소재인 *키랄 액정 엘라스토머(Chiral LC Elastomer, CLCE)*를 사용했다. 이를 통해 서펜타인 구조의 미세한 변형 과정을 실시간으로 관찰하고 색 변화로 정확하고 정밀하게 시각화할 수 있게 됐다. 또한, 연구팀은 색으로 시각화된 서펜타인의 스트레칭 특성을 이론적 유한요소 해석 방법과 정합된 설계적 적용 검증을 확인하였다.

기술적·산업적 의의 이번 연구는 기존의 복잡한 나노 공정을 거치지 않고도, 기존의 실험적 스트레칭과정에서 이해 할 수 없었던 서펜타인 구조의 세밀한 변형을 실시간으로 분석할 수 있는 혁신적인 기술을 제시했다. 이는, 다양한 스트레칭 환경에서 서펜타인 구조를 최적화할 수 있는 설계 지침을 제공함으로써 스트레쳐블 기술의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다. 연구팀을 이끈 최수석 교수는 “이번 연구를 통해 스트레쳐블 기술의 핵심인 연결 구조를 정확히 평가하고 설계할 수 있는 길이 열렸다”며, 향후 “디스플레이, 반도체, 센서, 전자 피부, 스마트 의류, 소프트 로봇 등 다양한 응용 분야에서 기술 확대와 상용화가 기대된다”고 전했다. 연구 지원 및 사사 본 연구는 삼성미래기술육성재단과 산업기술평가원의 스트레쳐블 디스플레이 개발 사업 및 실증 사업의 지원으로 수행되었다. DOI: http://doi.org/10.1002/advs.202408346 [video width="1382" height="774" mp4="https://www.postech.ac.kr/wp-content/uploads/2024/12/연구_영상자료_1.mp4"][/video]   [video width="1382" height="774" mp4="https://www.postech.ac.kr/wp-content/uploads/2024/12/연구_영상자료_2.mp4"][/video]