KAIST, 안정적 형태 액체금속 프린팅 기술 개발

(왼쪽부터) 이건희 박사과정, 이에림 박사과정, 정재웅 교수, 스티브박 교수
KAIST 연구지니 액체금속을 고해상도 프린트할 수 있는 기수릉ㄹ 개발했다. 웨어러블 소자 등 맞춤형 유연 신축성 소자에 적용이 기대되나. 사진은 연구를 주도한 (왼쪽부터) 이건희 박사과정, 이예림 박사과정, 정재웅 교수, 스티브박 교수.[사진=KAIST]
국내 연구진이 전기전도성과 신축성이 우수하면서 기계적, 화학적으로 안정적인 액체금속을 고해상도 프린트할 수 있는 기술을 개발했다. 헬스케어를 위한 생체 부착센서, 웨어러블 소자 등 맞춤형 유연 신축성 소자에 적용이 기대된다.

KAIST(총장 이광형)는 스티브 박 신소재공학과 교수팀과 정재웅 전기및전자공학부 교수 공동 연구팀이 안정적인 형태의 액체금속을 고해상도로 프린팅할 수 있는 기술을 개발했다고 25일 밝혔다. 연구결과는 네이처 커뮤니케이션즈 온라인에 지난 12일 출판됐다.

액체금속은 높은 전기전도성과 액체와 같은 변형성으로 인해 유연 및 신축성 전자소자에 다양하게 적용돼왔다. 하지만 액체 상태가 갖는 불안정성과 높은 표면장력으로 인해 직접적인 접촉을 요구하는 전극이나 고해상도를 요구하는 전자소자의 배선으로 사용하는 것에는 한계가 있었다. 

연구팀은 프린팅 과정에서 노즐과 기판 사이에서 화학적 변성을 유도할 수 있는 시스템을 개발했다. 프린팅에 사용되는 현탁액을 물과 물보다 끓는점이 높은 약산(아세트산)을 이용해 증발함에 따라 점점 강한 산성을 보이게 만들었다. 

또 기판에 약 60℃의 열을 가해, 잉크의 증발과 산의 활성 및 화학적 변성을 촉진했다. 이를 통해 프린팅된 액체금속 입자 배선의 경우에는 별도의 전기적 활성 과정 없이 금속과 비슷한 수준의 높은 전기전도도(1.5x10^6 S/m)를 보이는 것을 확인했다. 

이와 함께 연구진은 액체금속 입자의 표면에 전해질을 붙여 기계적, 화학적 안정성을 향상해 프린팅 과정에서 발생할 수 있는 막힘 현상을 방지하고, 액체금속 입자 간에 연결을 통한 신축성을 부여했다. 연구진에 따르면 프린팅된 액체금속 입자 기반 배선은 약 500%까지 늘려도 저항이 크게 변하지 않아 다양한 신축성 소자에 사용될 수 있는 것으로 기대된다.

스티브 박 교수는 "최근 주목받고 있는 액체금속 입자 기반 현탁액의 새로운 적용 가능성을 보여준 의미 있는 결과"라고 말했다. 정재웅 교수는 "헬스케어를 위한 웨어러블, 임플란터블 모니터링 전자소자를 포함한 다양한 유연 및 신축성 전자소자에 핵심 기술로 활용될 수 있을 것으로 기대된다"고 덧붙였다.

저작권자 © 헬로디디 무단전재 및 재배포 금지