3조(태슬라) - 편집 역사

Uosche2613: /* 개발 과제 핵심 결과 */

2026-06-15T04:35:58Z

‎개발 과제 핵심 결과

Uosche2613: /* 설계 */

2026-06-15T04:33:31Z

‎설계

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2026-06-15T04:32:08Z

‎관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

2026년 6월 15일 (월) 04:30에 Uosche2613님의 편집

2026-06-15T04:30:52Z

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‎개발 과제 핵심 결과

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‎개발 과제 핵심 결과

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2026-06-14T11:25:09Z

‎개발 과제 핵심 결과

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 복합체 내부의 LM 부피분율이 증가함에 따라 초기 저항이 급격히 감소하는 경향을 확인하였다. 40 vol%는 약 18 Ω 수준의 가장 높은 저항을 나타냈으나, 50 vol%에서는 약 3 Ω 수준으로 감소하였다. 이후 60 vol%와 70 vol%에서는 각각 약 1.5 Ω 및 1.0 Ω 수준까지 감소하였다. 특히 40 vol%에서 50 vol% 사이 구간에서 가장 큰 저항 감소가 나타났는데, 이는 액체금속 입자 간 평균 거리가 감소하면서 전도성 퍼콜레이션 네트워크가 급격히 발달하였기 때문으로 판단된다. LM 함량이 증가할수록 음향장 활성화 과정에서 형성되는 나노 인터커넥터의 밀도가 높아지고 액체금속 입자 간 접촉이 증가하면서 효과적인 전도 경로가 구축된 것이다. 반면, 60 vol% 이상에서는 저항 감소 폭이 상대적으로 완만해지는 경향을 나타냈다. 이는 이미 충분한 전도 경로가 형성된 상태에서 추가적인 액체금속 도입이 전도도 향상에는 기여하지만, 전도 네트워크의 연결성이 포화 상태에 도달하기 때문으로 해석된다. 따라서 본 결과는 액체금속 함량 증가가 전도성 퍼콜레이션 네트워크 형성을 촉진하여 전극의 초기 저항을 효과적으로 감소시킴을 보여준다.
 ) 인장 변형에 따른 상대 저항 변화율 평가
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 vol% 시편은 변형 시작되는 초기 구간부터 저항 변화율이 급격히 상승하면서 전도 네트워크가 가장 빠르게 붕괴되는 거동을 나타냈다. 50 vol% 시편 역시 변형이 증가함에 따라 상대 저항이 가파르게 증가하였으며, 높은 변형 영역에서는 전도 경로의 불안정성을 보였다. 반면 60 vol%와 70 vol% 시편은 상대적으로 완만한 저항 증가 곡선을 보였다. 특히 60 vol% 시편은 넓은 변형 구간까지 가장 낮은 상대 저항 변화율을 유지하며 초기 변형에 대해 높은 저항성을 보였다. 또한 70 vol% 시편은 최대 인장 구간까지 파단 없이 가장 완만한 저항 증가 곡선을 유지하였다. 이는 높은 LM 함량에서 일부 연결이 손상되더라도 우회할 수 있는 다중 전도 경로를 제공하여 전류를 안정적으로 전달하기 때문이다. 또한 액체금속 고유의 유동성과 음향장 활성화로 형성된 나노 인터커넥터가 변형 과정에서 재연결을 유도하여 전도성을 유지한 것으로 판단된다. 따라서 LM 함량 증가는 인장 변형 환경에서의 전기적 안정성 확보에 중요한 역할을 하며, 본 연구에서는 70 vol% 조성이 가장 우수한 전기적 안정성을 보였다.
 ) Cyclic Test를 통한 반복 변형 안정성 평가
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 반복 인장 시험 결과, 1000 cycle 동안 정규화된 저항은 약 1.00에서 1.01 Ω 수준으로 유지되었으며, 전체 시험 구간에서 유의미한 저항 증가가 관찰되지 않았다. 저항값 역시 초기 약 1.72 Ω에서 시험 종료 후 약 1.75 Ω 수준으로 유지되어 전체 저항 증가율은 약 1.7% 이내로 나타났다. 확대 그래프에서 확인할 수 있듯이 각 cycle 동안 인장 시 저항이 증가하고 이완 시 다시 초기값으로 회복되는 가역적인 거동이 반복적으로 나타났다. 1,000회의 반복 변형에도 불구하고 베이스라인 저항이 초기 수치에서 거의 변동 없이 유지하는 우수한 가역성을 나타내었으며, 실질적인 영구 저항 상승이 발생하지 않음을 확인하였다. 이는 액체금속 입자가 고분자 매트릭스 내부에 고정되어 있어 변형이 가해지더라도 액체금속의 유동성과 나노 인터커넥터 구조에 의해 전도 경로가 지속적으로 유지되기 때문이다. 따라서 액체금속 기반 퍼콜레이션 네트워크는 반복적인 기계적 변형 환경에서도 안정적인 전도성을 유지할 수 있으며, 웨어러블 전자소자 및 신축성 회로 응용에 적합한 전기적 신뢰성을 제공함을 확인하였다.
 ◇ LM 부피분율에 따른 기계적 물성 평가
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 도출된 실험 결과에 따르면, 액체금속 함량 증가에 따라 기계적 거동이 크게 변화하는 것을 확인할 수 있다. 40 vol%는 가장 높은 파단 변형률을 나타내었으나, 최대 응력과 영률이 가장 낮게 측정되었다. 이는 고분자 매트릭스의 비율이 높아 기계적 변형을 유연하게 수용할 수 있지만, 외부 하중에 대한 저항성은 상대적으로 낮기 때문이다. 50 vol%로 증가하면서 파단 변형률이 약 절반 수준으로 감소하였으나, 최대 응력과 영률은 모두 증가하였다. 이는 액체금속 입자 함량 증가에 따라 복합체 내부 충진 밀도가 증가하여 강성이 향상되지만, 고분자 매트릭스의 연속성이 감소하여 신축성은 저하되는 형태를 보인다. 60 vol% 시편은 본 연구에서 가장 우수한 기계적 특성을 나타냈다. 최대 응력은 모든 조성 중 가장 높게 측정되었으며, 영률 또한 가장 높은 값을 나타냈다. 파단 변형률은 약 12% 수준으로 감소하였으나 높은 강도와 강성을 동시에 확보하였다. 이는 액체금속 함량 증가로 복합체 내부 충진 및 응력 전달이 효과적으로 이루어졌기 때문으로 해석된다. 70 vol%의 경우 60 vol% 대비 최대응력과 영률 모두 감소하였으며, 파단 변형률도 약 8% 수준으로 감소하여 가장 낮은 연성을 나타냈다. 과도한 액체금속 함량으로 인해 고분자 매트릭스의 연속성이 감소하고 구조적 결함이 발생하여 기계적 안정성이 저하되는 경향을 나타냈다. 이는 액체금속 함량 증가에 따라 복합체의 강성은 증가하지만, 일정 함량 이상에서는 강성 향상 효과가 포화되며 신축성 감소는 지속적으로 발생한다. 따라서 기계적 강도 및 구조적 안정성 측면에서 60 vol% 조성이 가장 우수한 균형을 나타내는 최적 조성으로 판단하였다.
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 FoM은 높은 전기전도도와 높은 신축성을 동시에 갖는 조성일수록 큰 값을 갖는다. FoM은 40 vol%에서 약 4.0×10⁵, 50 vol%에서 약 7.0×10⁵, 60 vol%에서 약 1.0×10⁶으로 증가했으며, 70 vol%에서는 약 8.1×10⁵ 수준으로 감소하였다. 60 vol% 시편이 가장 높은 FoM 값을 나타내어 신축성과 전기전도도의 균형이 가장 우수한 것으로 확인되었다. 또한 앞서 수행한 전기적 안정성 평가와 기계적 물성 평가 결과를 종합하면, 60 vol% 조성은 낮은 초기 저항, 우수한 인장 안정성, 가장 높은 Young's modulus 및 최대 FoM 값을 동시에 나타냈다. 따라서 본 연구에서는 60 vol%를 전기적 특성과 기계적 특성이 가장 균형을 이루는 최적 액체금속 조성으로 선정하였다.
 ◇ Sonication amplitude 에너지에 따른 전기전도도 평가

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   [[파일:방법2.png]]
   Fig. 5. 고분자 기판 위 Screen-printing 공정.
 ) Liquid metal particle(LMP) network 활성화

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 *특허조사
 ◇ Liquid metal particle-Assembled network synthesized in various polymers and manufacturing method of the same[5]
 본 특허는 고분자 매트릭스 내부에서 발생하는 액체금속 입자 간의 산화막 절연성 문제를 근본적으로 해결하여 높은 신축성과 전도성을 동시에 확보하는 제조 공정 및 메커니즘 기술이다. 초기 부도체 상태의 복합체 필름에 후속 초음파 자극을 가하면, 매트릭스 내 마이크로 크기 입자 표면에서 나노 크기의 미세 액체금속 입자들이 추가로 합성되면서 입자 간 공간을 메우는 전도성 경로가 활성화되는 것이 핵심이다. 외력에 의해 소재가 한 방향으로 늘어날 때, 마이크로 입자는 가로로 신장되지만 나노 입자들은 구형을 유지하려는 표면장력이 지배적으로 작용하여 입자 간 접촉을 안정적으로 유지하는 메커니즘을 명시하고 있다. 소니케이션을 단순 분산 공정이 아니라 전도 네트워크 활성화 공정으로 활용한다는 점이 특징이며, 공정 과정의 구체적인 파라미터를 제시하고 있어 공정 조건 설계에 중요한 선행 기술로 참고할 수 있다.
 ◇ Architected liquid metal networks and processes of making and using same[6]
 본 특허는 금속 산화물이 쉘로 둘러싸여 초기 상태에는 절연성을 띠는 액체금속 캡슐 구조를 기반으로, 외부에서 인장, 압축, 전단 등의 기계적 힘을 가해 산화막 쉘을 국부적으로 파괴함으로써 내부 액체금속 코어를 방출시켜 전도 경로를 on-demand 방식으로 활성화하는 메커니즘을 제시한다. 무작위로 분산된 기존 액체금속 복합체의 불규칙성을 배제하고, 인장이나 압축과 같은 변형 스트레스가 발생할 때 전자기적, 열적 특성이 정밀하게 변화되도록 제어하는 네트워크 설계 기술이다. 또한 신축성 전극의 전기적 및 기계적 성능과 반복 내구성을 검증하기 위한 구체적인 평가 방법과 분석식을 포함하고 있어 변형 실험 데이터 해석의 선행 지표로 활용될 수 있다.
 ◇ Formation of conductive circuit, conductive circuit, and conductive ink composition[7]
 본 특허는 스크린 프린팅 공정 적용 시 미세 회로 패턴의 해상도를 유지하고, 인쇄 후 건조 및 열경화 단계에서도 두께 변화나 흘러내림 현상 없이 형상을 보존할 수 있는 무용제성 고밀도 복합 잉크 조성물 기술이다. 서로 다른 크기의 전도성 입자를 하이브리드 설계하여 입자 간 접촉 저항을 감소시키고, 화학 첨가제를 활용하여 유변학적 골격을 확보함으로써 인쇄 후 패턴 붕괴를 방지하였다. 특히 입자 크기 분포와 점도 제어를 통해 균일한 패턴 형성과 전도성 확보를 동시에 달성했다는 점에서, 복합체 잉크의 유변학적 특성 및 프린팅 공정 최적화의 이론적 기반을 제공한다.
 ◇ Method for preparing micro-nano flexible conductive circuit based on ultrasonic driving of liquid metal[8]
 본 특허는 초음파 구동을 이용하여 액체금속 기반의 마이크로-나노 유연 전도 회로를 형성하는 기술이다. 액체금속을 미세 채널 내부로 주입한 후 외부에서 초음파를 가하여 음향 압력 구배를 유도함으로써 기포 발생 없이 액체금속이 이동 및 분산되도록 설계하였다. 초음파 출력과 채널 크기에 따라 액체금속의 이동 속도와 충진 특성을 분석하였으며, 미세 채널 내부에서 균일한 액체금속 분포를 구현하여 높은 전도성과 정밀 패터닝 특성을 확보하였다. 액체금속 고유의 산화막과 표면장력을 제어하여 네트워크 형성 메커니즘을 제시하고, 일정 초음파 조건에서 기판 손상이나 누출 없이 유연 회로를 생산할 수 있는 공정을 제공한다는 점에서 의의가 있다.
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   [[파일:특허조사3.png]]
   Fig3. 최근 10년간 의료기기 특허출원 동향 및 의료기기 분야별 국내 특허출원 동향[10]
 ===개발과제의 기대효과===

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   [[파일:태결과6.png]]
-이때 R0는 변형 전 초기 저항, R은 특정 변형률에서의 저항을 의미한다. 실험 결과, 모든 시편에서 변형률이 증가함에 따라 상대 저항이 증가하는 경향을 나타냈다. 이는 기계적 인장 과정에서 액체금속 입자 사이의 거리가 증가하고 일부 전도 경로가 단절되기 때문이다. 그러나 LM 부피분율에 따라 저항 증가 양상에는 뚜렷한 차이가 관찰되었다.
+이때 R₀는 변형 전 초기 저항, R은 특정 변형률에서의 저항을 의미한다. 실험 결과, 모든 시편에서 변형률이 증가함에 따라 상대 저항이 증가하는 경향을 나타냈다. 이는 기계적 인장 과정에서 액체금속 입자 사이의 거리가 증가하고 일부 전도 경로가 단절되기 때문이다. 그러나 LM 부피분율에 따라 저항 증가 양상에는 뚜렷한 차이가 관찰되었다.
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−	Graph. 1. <LM 부피분율에 따른 전기전도도 변화> <Graph. 2. Percolation power law 모델 피팅 결과>	+	Graph. 1. <LM 부피분율에 따른 전기전도도 변화> <Graph. 2. Percolation power law 모델 피팅 결과>

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−	Graph. 1. <LM 부피분율에 따른 전기전도도 변화> <Graph. 2. Percolation power law 모델 피팅 결과>	+	Graph. 1. <LM 부피분율에 따른 전기전도도 변화> <Graph. 2. Percolation power law 모델 피팅 결과>

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   [[파일:태결과3.png]]
-여기서 σ는 복합체의 전기전도도, ϕ는 액체금속의 부피분율, <math>\phi_c</math>는 퍼콜레이션 임계 부피분율, σ0는 비례상수, t는 임계 지수를 의미한다. 측정 데이터를 Percolation power law 식에 비선형 피팅한 결과, 퍼콜레이션 임계점<math>\phi_c</math>은 약 35.0 vol%, 임계 지수 t는 약 1.45, 결정계수 R^2는 0.9999로 계산되었다. 이는 본 연구에서 제조한 액체금속-고분자 복합체가 약 35 vol% 이상의 액체금속 함량에서 전도성을 나타내기 시작함을 의미한다. 완벽한 구형 입자가 3차원 공간에 채워질 때 이론적 임계점은 약 16-30%로 알려져 있으나, 본 소재의 임계점이 약 35 vol%로 형성된 이유는 액체금속 표면 산화막과 고분자 매트릭스의 영향으로 높은 밀집도를 요구하는 것으로 해석된다. 또한 임계 지수의 이론적 통계에 따르면 2D 네트워크의 지수는 약 1.3 3D 네트워크의 지수는 약 2.0으로 알려져 있으나, 본 소재는 1.45로 2D와 3D의 중간 특성을 보인다. 이는 제작된 전극이 완전한 등방성이 아니라, 두께가 얇은 필름 내에서 액체금속 입자들이 수평 방향으로 편평한 상태의 네트워크를 형성했음을 시사한다. 또한 높은 결정 계수가 1에 가까운 값을 보이며, 40-70 vol% 구간의 전도도 데이터가 퍼콜레이션 이론의 멱법칙 증가 거동을 오차 범위 내에서 잘 따르고 있음을 보여준다.
+여기서 σ는 복합체의 전기전도도, ϕ는 액체금속의 부피분율, ϕc는 퍼콜레이션 임계 부피분율, σ0는 비례상수, t는 임계 지수를 의미한다. 측정 데이터를 Percolation power law 식에 비선형 피팅한 결과, 퍼콜레이션 임계점ϕc은 약 35.0 vol%, 임계 지수 t는 약 1.45, 결정계수 R^2는 0.9999로 계산되었다. 이는 본 연구에서 제조한 액체금속-고분자 복합체가 약 35 vol% 이상의 액체금속 함량에서 전도성을 나타내기 시작함을 의미한다. 완벽한 구형 입자가 3차원 공간에 채워질 때 이론적 임계점은 약 16-30%로 알려져 있으나, 본 소재의 임계점이 약 35 vol%로 형성된 이유는 액체금속 표면 산화막과 고분자 매트릭스의 영향으로 높은 밀집도를 요구하는 것으로 해석된다. 또한 임계 지수의 이론적 통계에 따르면 2D 네트워크의 지수는 약 1.3 3D 네트워크의 지수는 약 2.0으로 알려져 있으나, 본 소재는 1.45로 2D와 3D의 중간 특성을 보인다. 이는 제작된 전극이 완전한 등방성이 아니라, 두께가 얇은 필름 내에서 액체금속 입자들이 수평 방향으로 편평한 상태의 네트워크를 형성했음을 시사한다. 또한 높은 결정 계수가 1에 가까운 값을 보이며, 40-70 vol% 구간의 전도도 데이터가 퍼콜레이션 이론의 멱법칙 증가 거동을 오차 범위 내에서 잘 따르고 있음을 보여준다.
   [[파일:태결과4.png]]
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   [[파일:태결과9.png]]
-여기서 E는 Young’s modulus, σ는 stress (응력), 는 strain (변형률)을 의미한다.
+여기서 E는 Young’s modulus, σ는 stress (응력), ε는 strain (변형률)을 의미한다.
   [[파일:태결과10.png]]