Recently, stretchable devices have emerged as an attractive research topic and applied to many areas that cannot be implemented by traditional electronic devices due to rigid characteristics. In order to fabricate the stretchable devices, the unconventional material properties that satisfy both high conductivity and large stretchability are required.
AgNWs (Silver nanowires) are considered as one of the most promising nanomaterials used for future electronics due to high conductivity, transparency, high flexibility and even stretchability. It should be integrated to soft, deformable substrates for fabrication of stretchable devices. In addition to AgNWs, designs that enhancing stretchability are also a good strategy for stretchable devices with the capability of maintaining conductive under large deformation.
In this research, stretchable devices have been fabricated by noble transfer method using 3D-printing technology utilizing rapid and facile characteristics and high degree of freedom in design. Fabricated samples were tested to verify its function. The AgNWs percolation network was embedded in the process of transferring to the printing material, TPU (Thermoplastic polyurethane), thereby AgNWs network obtained the effect of improving the stability and further improving the conductivity. Using 3D-printing technology, it was possible to freely design the devices with stretchability enhancing designs such as serpentine and origami. We could also increase stretchability and areal coverage (active device area / total area) by using 3D-assembly strategy. These fabrication methods and design strategies were applied as interconnects to electrically connect LEDs, solar cells. Connected active devices work as modules and these modules work without losing its original function while repeating stretching and compression. Through this research, 3D-printing transfer and 3D-assembly were found to have large potential as fabrication techniques with high performance stretchable devices.
최근의 연구 경향에서 신축성 소자는 매력적인 연구 분야로 각광받아왔으며, 기존의 딱딱한 재료를 기반으로 한 전통적인 전자 소자 분야에서는 적용 불가능 했던 많은 분야에 적용되었다. 신축성 소자를 제작하기 위해서는 기존 재료의 특성과는 다르게 고 전도성과 고 신축성을 동시에 만족시키는 새로운 재료를 필요로 한다.은 나노 와이어는 고 전도성, 고 투과도, 고 굽힘성 뿐만 아니라 고 신축성의 성질을 가지고 있기 때문에 미래의 전자 소자 제작에 매우 유망한 나노 물질로 여겨진다. 신축성 소자를 제작하기 위해서 은 나노 와이어 네트워크는 부드럽고 변형이 손쉬운 기판과 통합되어야 한다. 은 나노 와이어를 사용하는 전략 이외에도 신축성을 증가시키는 디자인을 적용하여 큰 변형 하에서도 전도성을 상실하지 않도록 하는 전략이 사용되었다. 본 연구에서는 빠르고 손쉽고 디자인의 자유도가 높은 3D 프린팅 기술을 이용하여 이전에 시도되지 않았던 방법으로 신축성 소자를 제작하였다. 은 나노 와이어 네트워크는 유연한 출력 물질인TPU에 전사되는 과정에서 함침되는데 이로 인하여 은 나노 와이어 네트워크는 안정성과 전도도 향상 효과를 얻을 수 있다. 3D 프린팅 기술을 통해서 신축성 전도체를 서펜타인이나 오리가미와 같이 신축성을 향상시키는 형상을 자유롭게 디자인하여 제작 할 수 있다. 3D 어셈블리 디자인을 통해서 신축성 뿐만 아니라 면적 밀도 (소자 면적 / 전체 면적)도 향상 시킬 수 있다. 이러한 제작 공정과 디자인 전략은 LED와 태양 전지를 전기적으로 연결하는데 사용되었다. 연결된 소자들은 모듈과 같이 작동하였고 이 모듈은 인장과 압축을 반복하여도 본래의 기능을 잃지 않았다. 본 연구를 통하여 3D 프린팅 전사 공정과 3D 어셈블리는 고성능의 신축성 소자를 제작하는데 큰 잠재성을 가지는 공정이라는 것을 알 수 있었다.
