 ▲ (왼쪽에서) 황석원 교수(교신저자), 한원배 박사, 고관진 박사, 강의석 석사 고려대학교(총장 김동원) KU-KIST융합대학원 황석원 교수 연구팀 전자부품 성능을 보호하고 수명을 크게 연장하는 생분해성 · 생체 친화적 물질 기반 초고효율 보호막 소재 및 공정을 개발했다.
황석원 교수 연구팀이 개발한 새로운 코팅 기술은 생분해성 고분자에 적용 가능하다. 또한 물 분자 투과율이 낮은 입자를 도입하여 습한 환경이나 기계적 변형 상황에서도 필름 형태의 높은 보호막 기능이 발휘된다.
생분해성 물질로 이루어진 전자소자는 체내 또는 환경에서 무해한 물질로 용해, 분해, 분리되어 물리적 상태와 전기적 기능이 사라지는 생체친화적 특징을 갖는다. 그렇기에 기능수명시간(Functional Lifetime) 제어가 기술의 핵심이며, 기능과 수명을 장기간 유지하고자 보호막 기술이 사용된다. 다만, 기존 보호막 기술은 높은 물 분자 투과율로 수명을 제어하지 못하거나, 단단하고 부서지기 쉬운 특성으로 지속적으로 움직이는 인체 및 다양한 환경에 적용하기 어려웠다. 이번 연구는 위와 같은 단점을 극복하고 더 나아가 이론적 모델을 정립해 특성을 검증했다. 또한 기존의 생분해성 물질에 적용한 보호막을 발광소자 포함 트랜지스터, 캐패시터(축전기), 무선 코일에 구현해, 전자부품의 수명 제어 기술 및 다양한 생분해성 물질의 실용 가능성 범주를 넓혔다. 고려대 황석원 교수는 “이번 연구 결과로 전자소자(부품)의 기능과 수명을 크게 늘릴 수 있는 초고효율 생분해성 보호막 기술이 개발됐다” 며, “다양한 전자소자의 보호막으로 사용이 가능해 실생활에서도 유용하게 사용 할 수 있도록 적용 가능성을 확대할 것”이라 말했다.
이 기술은 혁신성이 인정받아 지난 5월 8일(수) 국제적인 학술지 ‘advanced Functional Materials (IF=19.0)’ 에 게재됐다.
본 연구는 한국연구재단 개인기초연구 중견후속사업, 전자약 연구 개발사업 및 정보통신기획평가원 ICT 명품인재양성사업의 지원을 받아 수행됐다. [그림 1설명] HCAP 필름의 주요 메커니즘 및 보호 특성
a. 고분자 매트릭스 내 입자의 종횡비(α, α = 입자의 너비/두께)에 따른 물의 확산 제어 메커니즘. b. 종횡비가 1(PCL/SP)과 85(PCL/SF)인 입자와 0에서 20%까지의 혼합 부피 분율을 갖는 PCL 기반 HCAP 필름의 상대 확산도(D/D0).
c. PCL, PCL/SP20, 그리고 PCL/SF20의 수증기 투과율(WVTRs).
d. 인산염 완충 용액(PBS; pH 7, 37 °C)내에서 마그네슘(Mg) 저항 변화 측정을 통한 PCL 기반의 입자 종류에 따른 다양한 HCAP 필름의 보호성능
e. PCL/SP20에서의 5일 차(왼쪽) 및 PCL/SF20에서의 5일 차(중간)와 40일 차(오른쪽)의 물 분자 확산에 대한 시뮬레이션. [그림 2 설명]. HCAP 필름의 기계적 및 물리적 특성
a. PCL기반의 HCAP 필름의 사진과 주사 전자 현미경 이미지(scanning electron microscopy).
b. PCL과 PCL 기반 HCAP 필름(빨강, PCL/SP20; 파랑, PCL/SF20)의 응력-변형 곡선.
c. 부피 분율에 따른 다양한 형태의 SiO2 입자를 포함한 PCL 기반 HCAP 필름의 모듈러스.
d. 다양한 생분해성 고분자 기반의 HCAP 필름의 기계적 물성 비교.
e. 입자의 종횡비 및 혼합 부피 분율에 따른 포함한 HCAP 필름의 표면 소수성 특성.
f. 주파수에 따른 PCL, PCL/SP20, PCL/SF20의 전기적 특성.
g. PCL과 PCL 기반 HCAP 필름(PCL/SP20 및 PCL/SF20)의 광학 특성. [그림 3 설명] 고효율 생분해성 보호막의 전자소자로의 응용
a. 실리콘 나노박막 기반의 n형 metal-oxide-semiconductor field effect transistor(n-MOSFET) 배열의 사진(왼쪽)과 PCL/SF20을 적용한 소자의 분해 특성(오른쪽).
b. PLA/SF20 보호막을 적용한 실리콘 나노박막 기반의 상보성 complementary metal-oxide-semiconductor(CMOS) 인버터(왼쪽)와 CMOS 인버터의 전기적 특성(오른쪽).
c. 셀룰로오스 아세테이트(CA)/SF20 보호막을 적용한 생분해성 커패시터의 이미지(왼쪽)와 전기적 특성(오른쪽).
d. PLGA/SF20 보호막을 적용한 생분해성 고주파(RF) 코일의 이미지(왼쪽)와 전기적 특성(오른쪽).
e. PCL/SF20 보호막을 적용한 무선 전력 LED 시스템의 이미지와 구동 전 물속에서의 사진.
f. 무선 LED 시스템의 안정적인 작동을 위해 물 침투를 억제하는 능력을 보여주는 물 투과성 테스트의 이미지 세트로, 최대 약 40일까지 안정적으로 작동함 ■ 논문 정보 * 제목: Materials and Designs for Extremely Efficient Encapsulation of Soft, Biodegradable Electronics -출처: 고대뉴스
|
