레이저로 수리할 수 있는 전기회로 세계 최초 개발해
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레이저로 수리할 수 있는 전기회로 세계 최초 개발해
  • 전철호 기자
  • 승인 2014.11.21 08:35
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단발성 수리뿐만 아니라 반복적 수리에도 전기적 특성 유지해… 구부림, 비틂에도 강해 웨어러블 디바이스에서 활용성 높아

 스마트폰이 대중화되며 우리 주변에서 심심찮게 스마트폰을 떨어뜨려 내부 전자소자가 망가지는 경우를 접할 수 있다. 내부 소자는 조금만 부주의해도 쉽게 파손되고, 대부분 문제가 생긴 작은 부분을 포함하는 큰 키트나 메인 보드를 교체하는 수리가 이루어져 수리 비용도 상당하다. 우리 학교 생명화학공학과 박정기 교수와 성균관 대학교 이승우 교수가 빛으로 회로를 수리할 수 있는 기술을 개발했다. 이 연구는 <Advanced Functional Materials> 9월 호에 실렸다.

자원 낭비하고  고객 부담 컸던 기존의 수리방식
스마트폰 액정이나 케이스는 문제가 생겨도 당장은 스마트폰 구동에 영향을 미치지 않는다. 반면 스마트폰 내부 회로에 문제가 생기면 스마트폰이 켜지지 않거나 카메라가 켜지지 않는 등 불편이 상당하다. 스마트폰이나 주변에서 흔히 볼 수 있는 칩에 들어가는 회로들은 매우 작아 사실상 공장이나 연구실급 설비를 갖추지 않으면 분해 후 원상복귀가 매우 어렵다. 또, 제조할 때부터 칩의 회로를 분리해서 납땜하는 등 수리하는 것을 생각하지 않고 회로를 제조하기 때문에 현재로써는 회로에 문제가 생기면 문제가 생긴 부분을 포함하는 부품을 통째로 교체해야 한다. 이러한 수리방식은 수리비가 비싸고, 멀쩡한 부분도 통째로 교환해 자원 낭비를 유발한다는 지적이 있었지만 지금까지는 뚜렷한 대책이 없었다.

아조고분자 활용해  부품 교체 없이 빛으로 회로 수리해
연구팀에서 개발한 전기회로는 레이저를 잠깐 비춰주면 끊어진 회로가 다시 연결되는 특성을 갖고 있다. 이중 결합한 두 개의 질소 원자에 알킬기(alkyl group)가 연결된 형태를 아조기(azo group)라고 한다. 이 아조기 양쪽에 벤젠 고리를 포함하는 물질이 연결된 것을 아조고분자(azo polymer)라고 한다. 아조고분자는 cis 상태나 trans 상태를 취하는데, 이때 특정 파장대의 빛을 비추면 아조고분자의 상태를 변경할 수 있다. 이 현상은 편광된 빛을 쬐어줬을 때 빛이 편광된 방향으로 아조고분자가 움직이게 되는 현상으로 이어진다. 왜 이런 현상이 일어나는 지는 학계에서 아직 확실한 대답을 내놓지 못했다.

편광된 빛을 받으면 빛이 편광된 방향으로 아조고분자가 움직이는 성질을 이용해 연구팀은 끊어진 부분을 레이저를 잠깐 쬐어주는 것 만으로 수리할 수 있는 전기회로를 개발했다. 실험에서 사용된 전기기판은 아조고분자 층 위에 은 나노 와이어를 도포한 것으로, 은 나노 와이어 층에는 매우 작은 은 나노 와이어의 조각이 서로 붙어있어 이를 통해 전기가 통한다. 이 전기기판에 상처를 내면 아조고분자 판과 은 나노 와이어 층 모두가 접촉이 끊어져 전기가 통하지 않는다. 이후 이 상처가 난 부분에 상처에 수직하는 방향으로 편광된 빛을 쪼여주면 아조고분자 층이 서로를 향해 움직여 붙게 된다. 아조고분자 층이 붙게되며 아조고분자 층 위에 얹힌 은 나노 와이어 층도 서로 붙게 되고, 결과적으로 전기가 통하게 된다.

비틂, 구부림에도 전도성 유지
웨어러블 디바이스에서도 사용 가능해
연구팀에서 제조한 전기회로는 단발성 수리에 그치지 않고 1회 ~ 3회 수리에도 전기적 특성을 잘 복원한다. 또, 전기회로 제조에 사용된 아조고분자 층과 은 나노 와이어 층은 구부림과 비틂에 강한데, 이 두 소자를 활용해 만든 전기회로 역시 반복된 구부림과 비틂에도 전기적 특성을 잘 유지했다. 연구팀에서 실험을 주도한 강홍석 원우는 “연성기판 위에 도포해서 사용하는 방식이라 실제 디바이스에서 활용이 용이하고 웨어러블 디바이스에도 사용될 수 있는 특성을 고루 갖추고 있다”라고 전했다.


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