3D 프린팅으로 제작된 은 나노 와이어 기반 고신축성 디바이스

Abstract

최근의 연구 경향에서 신축성 소자는 매력적인 연구 분야로 각광받아왔으며, 기존의 딱딱한 재료를 기반으로 한 전통적인 전자 소자 분야에서는 적용 불가능 했던 많은 분야에 적용되었다. 신축성 소자를 제작하기 위해서는 기존 재료의 특성과는 다르게 고 전도성과 고 신축성을 동시에 만족시키는 새로운 재료를 필요로 한다.은 나노 와이어는 고 전도성, 고 투과도, 고 굽힘성 뿐만 아니라 고 신축성의 성질을 가지고 있기 때문에 미래의 전자 소자 제작에 매우 유망한 나노 물질로 여겨진다. 신축성 소자를 제작하기 위해서 은 나노 와이어 네트워크는 부드럽고 변형이 손쉬운 기판과 통합되어야 한다. 은 나노 와이어를 사용하는 전략 이외에도 신축성을 증가시키는 디자인을 적용하여 큰 변형 하에서도 전도성을 상실하지 않도록 하는 전략이 사용되었다. 본 연구에서는 빠르고 손쉽고 디자인의 자유도가 높은 3D 프린팅 기술을 이용하여 이전에 시도되지 않았던 방법으로 신축성 소자를 제작하였다. 은 나노 와이어 네트워크는 유연한 출력 물질인TPU에 전사되는 과정에서 함침되는데 이로 인하여 은 나노 와이어 네트워크는 안정성과 전도도 향상 효과를 얻을 수 있다. 3D 프린팅 기술을 통해서 신축성 전도체를 서펜타인이나 오리가미와 같이 신축성을 향상시키는 형상을 자유롭게 디자인하여 제작 할 수 있다. 3D 어셈블리 디자인을 통해서 신축성 뿐만 아니라 면적 밀도 (소자 면적 / 전체 면적)도 향상 시킬 수 있다. 이러한 제작 공정과 디자인 전략은 LED와 태양 전지를 전기적으로 연결하는데 사용되었다. 연결된 소자들은 모듈과 같이 작동하였고 이 모듈은 인장과 압축을 반복하여도 본래의 기능을 잃지 않았다. 본 연구를 통하여 3D 프린팅 전사 공정과 3D 어셈블리는 고성능의 신축성 소자를 제작하는데 큰 잠재성을 가지는 공정이라는 것을 알 수 있었다.