Stretchable electrodes have been studied to be applied to various stretchable electronics such as biosensors and stretchable displays. There are structural-based strategies as a general method for fabricating stretchable electrodes, such as island-bridge, kirigami, and pre-wrinkled structures. However, these methods have limitations in stretchability because hard and brittle metals are used. The liquid metal is often used to solve these problems. However, liquid metals have high surface tension, making it difficult to make fine patterns, and free-standing electrodes cannot be manufactured by liquid metal alone. Here, we report stretchable microfiber electrodes using liquid metals and elastomers together. A system called charge reversal electro-writing process (CREW), one of the electrospinning, was used to fabricate the microfiber electrode. As a conductive material, liquid metal nanoparticles, not bulk liquid metal, were used. In the electrospinning process where a high voltage is applied, overcurrent could be prevented through the oxide film of liquid metal particles. In addition, by adopting a core-shell structure, the conductivity and stretchability of the microfiber electrode are improved by dividing it into a core part with a lot of liquid metal nanoparticles and a shell part mainly made of polymer.
스트레처블 전극은 바이오 센서나 스트레처블 디스플레이와 같은 다양한 스트레처블 전자공학 분야에 적용되기 위해 연구되고 있다. 스트레처블 전극을 제작하는 일반적인 방법으로는 구조적 방법을 기반으로 한 섬 연결부 방식, 기리가미 방식, 미리 주름을 만드는 방식 등이 있다. 하지만 이러한 방법들은 단단한 금속을 기반으로 하기 때문에 신축성에 한계가 있다. 액체 금속은 이러한 문제를 해결하기 위해 자주 사용되어 왔다. 그러나 액체 금속은 높은 표면장력으로 인해 미세한 패턴을 만들기 어렵고, 단독으로 모양을 유지하는 전극을 만들 수 없다. 본 연구에서는 액체 금속과 엘라스토머를 함께 사용한 스트레처블 마이크로 섬유 전극을 제작하였다. 전기 방사 공정 중 하나인 CREW 공정을 사용했으며, 액체 금속 나노 파티클을 전기 방사의 재료로 사용하였다. 고전압이 가해지는 전기 방사 공정에서 액체 금속 파티클의 산화막을 통해 과전류를 예방할 수 있었다. 또한 코어-쉘 구조를 채택하여 액체 금속 파티클의 함량이 많은 코어 부분과 고분자 함량이 많은 쉘 부분으로 나누어 마이크로 섬유 전극의 전도성과 신축성을 향상시켰다.
