1.png 경북대학교 Display / Organic Electronics Lab. 최준찬 박사과정 Scientific Reports 논문 게재[지도교수: 김학린(교신저자), Display & Organic Electronics Lab.]

 

전자공학부 최준찬 박사과정(공동 제1저자) 및 김학린 교수(교신저자, Display & Organic Electronics Lab.)의 연구 성과가 최근 Springer Nature지에서 발간하는 국제 저명 학술지인 Scientific Reports 7월 호에 게재되었다. “Light-driven complex 3D shape morphing of glassy polymers by resolving spatio-temporal stress confliction”이라는 논문 제목으로 게재된 해당 연구 성과는 인하대학교 위정재 교수님 (공동교신저자) 연구실과의 공동 연구를 통해 이루어졌다.

 

고분자 필름 상에 특정 자극을 인가하여 형상 변형을 유도, 프로그래밍 된 3차원 구조를 구현하기 위한 연구가 센서, 로봇, 의료기기 등 다양한 분야에서 활발하게 이루어지고 있다. 그 중 이축 연신된 고분자 필름 상에 광 흡수 패턴을 형성, 광 조사에 따른 패턴 영역의 선택적 수축을 유도하여 3차원 구조를 형성하는 연구가 단순한 공정 및 저렴한 비용으로 인해 각광받고 있다. 하지만 형성 된 패턴 축에 따라 상이한 변형이 발생됨과 동시에, 패턴의 너비가 넓어짐에 따라 패턴이 없는 부분에 강한 스트레스가 유도되어 전체 구조에 영향을 줌으로써, 폴딩(folding) 기반의 제한적인 3차원 구조만 형성 가능하다는 한계가 존재한다.

 

게재된 논문에서는 고분자 필름 상 형성 된 패턴 축 및 너비 조건에 따라 필름 변형 시 유도되는 시공간 스트레스 분포를 FEM(finite elemental modeling) 시뮬레이션을 통해 분석하고, 결과 값을 기반으로 한 스트레스 보상 패턴 설계를 통해 기존 대비 더욱 다양한 형태의 3차원 곡면 구조를 구현하였다. 실험을 통해 형성 된 3차원 구조의 경우 시뮬레이션과 매우 유사한 결과를 나타내었으며, 설계 된 패턴들을 이용하여 단순한 형태의 곡면 구조뿐만 아니라 새들(saddle), 기리가미(Kirigami) 등 복잡한 형태의 곡면 구조 또한 구현 가능하였다.

 

본 연구를 통해 개발 된 패턴 설계 기법의 경우 액정 엘라스토머(liquid crystal elastomer), 형상기억고분자(shape memory polymer) 등 다양한 고분자 소재에 확장 적용가능하며, 이를 통해 형성 된 3차원 구조의 경우 소프트 로봇(soft robot), 스마트 액츄에이터(smart actuator), 전자피부(E-skin), 소프트 센서(soft sensor) 등 분야에 응용가능하다.

 

해당 논문의 원본 및 supplementary information 자료, 동영상 실험 자료 등은 아래의 링크를 통해 open access 형태로 제공되어 자유로이 확인이 가능하다.

 

www.nature.com/articles/s41598-020-67660-9

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