KAIST, 안정적인 형태의 액체금속 프린팅 기술 개발

전기전도성·신축성 우수..화학적 안정성 향상
생체 부착 센서, 웨어러블 소자 등 활용 기대

(대전=뉴스1) 심영석 기자 = KAIST 신소재공학과 스티브 박, 전기및전자공학부 정재웅 교수 공동연구팀이 안정적인 형태의 액체금속을 고해상도로 프린팅할 수 있는 기술을 개발했다.

생체 부착 센서, 웨어러블 소자, 맞춤형 유연 신축성 소자에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

25일 KAIST에 따르면 액체금속은 높은 전기전도성과 액체와 같은 변형성으로 인해 유연 및 신축성 전자소자에 다양하게 적용돼왔다.

하지만 직접적인 접촉을 요구하는 전극이나 고해상도를 요구하는 전자소자의 배선으로 사용하는 것에는 한계가 있었다.

또, 액체금속을 6~10㎛ 크기의 입자 형태로 분쇄해 안정적인 형태로 만들어 전자소자에 적용하는 방안도 표면에 일어난 산화로 인해 기존의 높은 전기전도성을 상실한다는 단점이 존재했다.

이러한 액체금속 입자를 전기소자에 사용되기 위해서는 기계적, 화학적 변성을 통해 표면에 존재하는 산화막을 제거해 전기전도성을 다시 확보하는 과정이 필요했다.

이에 연구팀은 프린팅 과정에서 노즐과 기판 사이에서 유도된 반월판에서 촉진된 증발로 현탁액의 조성을 바꾸면서 화학적 변성을 유도할 수 있는 시스템을 개발했다.

그 결과 프린팅된 액체금속 입자 배선의 경우에는 별도의 전기적 활성 과정 없이 금속과 비슷한 수준의 높은 전기전도도(1.5x10^6 S/m)를 보이는 것을 확인했다.

또, 액체금속 입자의 표면에 전해질을 붙여 기계적·화학적 안정성을 향상해 프린팅 과정에서 발생할 수 있는 막힘 현상을 방지하고, 액체금속 입자 간에 연결을 통한 신축성을 부여했다.

프린팅된 액체금속 입자 기반 배선은 약 500%까지 늘려도 저항이 크게 변하지 않아 다양한 신축성 소자에 사용될 수 있는 것으로 기대된다.

프린팅을 통해 다양한 기판에 여러 형태로 빠르게 증착할 수 있어 여러 맞춤형 소자에 적용될 수 있다. 특히 프린팅된 액체금속 입자의 기계적, 화학적 안정성으로 인해 기존 액체금속으로는 불가능했던 전극으로서의 사용이 가능함을 보였다.

스티브 박 교수는 "최근 주목받고 있는 액체금속 입자 기반 현탁액의 새로운 적용 가능성을 보여준 의미 있는 결과ˮ라고 말했다.

한편, 이번 연구성과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 온라인판에 지난 12일 출판됐다.

km5030@news1.kr

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