파나소닉 코퍼레이션(Panasonic Corporation)이 자사의 특허 기술인 신축성 수지 기술을 이용해 부드럽고 유연한 신축성 고분자 수지 필름을 개발했다고 오늘(29일) 발표했다. 파나소닉은 이 절연 필름과 더불어 투명 전극 재료와 도전 페이스트도 제공할 계획이다.
새로 개발된 재료는 늘어났다가 다시 원형으로 돌아오는 절연 필름 재료다. 이는 기존 신축성 재료에서는 찾아보기 어려운 특징이다. 이 재료는 원하는 폴딩 방식과 다양한 자유로운 형태의 표면에 적용할 수 있어 기존의 설계 제약을 현저히 줄여준다.
일례로 의복 및 신체 등 다양한 형태에 적용할 수 있는 유연하고 신축적인 전자 제품 구성을 가능케 한다. 새로 개발된 재료는 웨어러블 장치부터 센서, 디스플레이, 로봇에 이르기까지 광범위한 애플리케이션에 활용할 수 있다.
새로 개발된 필름과 재료는 2016년 1월13~15일 도쿄빅사이트(Tokyo Big Sight)에서 열리는 ‘제17회 인쇄 회로 박람회’(Printed Wiring Boards Expo)를 통해 전시될 예정이다.
이번에 개발된 절연필름의 특징을 살펴보면, 다양한 웨어러블 기기가 개발되고 있는 가운데 제품 착용 시 튀는 느낌을 완화하고 미학적으로 보다 만족감을 주는 디자인과 보다 작고 얇은 외형에 대한 수요가 높아지고 있다.
폴리우레탄과 고무 재료는 접합, 내열성, 취화와 관련된 문제를 극복해야 하며 내열성, 내구성, 가공성이 뛰어난 적합한 재료에 대한 수요가 높다. 파나소닉은 통상적으로 사용되는 열경화성 수지의 검증된 성능에 주목하고 재료에 탁월한 탄성을 더할 수 있는 자사의 수지 설계 특허 기술을 적용해 열경화성 수지로 만든 절연 재료를 개발했다. 놀랄 만한 유연성과 신축성이 그 특징이다. 부드럽고 신축적인 이 절연 필름은 전자 제품을 착용하거나 원하는 위치에 설치할 수 있도록 해준다.
또한 의복에 부착하거나 신체에 착용하는 장치는 반복 사용을 견디는 재료로 만들어져야 하며 반복적인 응력 변형(신장 및 복원)에도 기계적 특징에 변화가 없어야 한다. 일반적으로 반복적 신장과 복원에 노출되는 재료는 기계적 강도와 복원 성능이 약화되기 쉽다. 파나소닉은 단순한 연화를 넘어 열경화성 수지의 3차원 가교 구조(가교(cross-link)는 화학약품을 사용해 폴리머 체인을 다른 체인과 연결하는 결합이다. 3차원 구조는 보다 발전된 가교에 의해 망으로 연결된 폴리머 구조) 특징을 최적 사용할 수 있도록 해주는 고유의 수지 설계 기술을 적용했다.
새로 개발된 절연 재료는 신장으로 발생하는 내부 응력을 완화함으로써 이를 원래의 모양으로 되돌리며 반복 사용을 견딜 수 있다. 이 재료는 훨씬 긴 시간 동안 전자 제품을 착용 가능한 상태로 유지하도록 도우며, 의복에 부착되거나 신체에 착용하는 장치는 신축성 절연 재료로 만들어져야 하는 것은 물론 부드럽고 신축적인 전도성 재료를 사용해야 한다.
파나소닉은 신축성 수지를 기판으로 이용해 투명 전극 재료와 반복적인 신장과 복원 이후에도 전도성을 유지하는 도전 페이스트도 개발했다. 투명 전극 재료는 기본 재료인 신축성 수지로 형성된 얇은 전도성 카본 나노튜브층으로 이뤄져 있다. 도전 페이스트는 바인더로 사용된 신축성 수지와 은 충전물을 결합함으로써 만들어진다. 이 재료는 신축적인 디스플레이 장치와 센서 구현에 도움을 준다.
일반적으로 열경화성 수지는 광범위하게 사용되는 일반 재료다. 열경화성 수지는 연성과 내열성이 상쇄되는 성질이 있어 내열성을 유지하면서 말랑함을 유지하는 것이 과제다. 파나소닉은 열경화성 수지가 부드러운 성분과 단단한 성분을 모두 갖도록 하는 독보적인 수지 설계 기술을 개발했다. 이 방법은 엘라스토머(elastomer/탄성중합체)를 첨가하는 기존의 방식과 다르다.
이 기술은 열경화성 수지의 3차원 가교 구조를 사용해 신장과 복원으로 발생하는 응력을 완화한다. 파나소닉은 탄성과 응력 완화의 양립을 구현한 한편으로 열경화성 수지로 만들어졌으면서도 늘어났다 원래의 모양으로 돌아오며 반복 사용도 가능한 절연 재료를 개발했다.
특히 ITO(인듐 주석 산화물 ndium tin oxide)는 투명 전극으로 널리 사용된다. ITO는 접거나 늘릴 때 어느 정도까지 구부림을 견딜 수 있지만 쉽게 금이 가 전도성을 유지하기 어렵다. 이 같은 단점을 극복하려면 크랙 없는 유연성을 제공해야 하며 신장 또는 변형 조건 에서도 재료의 전도성을 유지하기 위한 도전로를 구현해야 한다. 파나소닉은 신장 및 복원을 위한 최적의 재료 설계로 생산된 신축성 수지 필름 기판 상에 탁월한 종횡비의 전도성 카본 나노 튜브를 구성하는 얇은 투명 도전층을 형성할 수 있는 기술을 개발했다.
보통 구리나 기타 금속 배선은 기판을 늘리거나 수축시킬 때 부러지기 쉽다. 이 같은 문제로 인해 복잡한 회로 형성 시 금속 배선을 사용하기는 쉽지 않다. 더구나 변형으로 인한 금속 피로는 반복적 신장을 견디는 금속 배선 구현을 어렵게 한다. 파나소닉은 신축성 수지를 바인더로 은 충전물과 결합시키는 기술을 개발했다. 이 결과 도전로를 유지해 신장과 복원 이후에도 전도성을 유지하는 도전 페이스트가 탄생했다.
