물감으로 그림 그리듯 전자회로 제작···카이스트, ‘액체금속 파우더’ 기술 개발

액체금속 파우더로 전자회로를 구현하는 모습을 AI로 생성한 이미지. 카이스트 제공

물감으로 그림을 그리듯 액체금속으로 선을 그려 전자회로를 만들 수 있는 기술이 개발됐다. 웨어러블 기기 등 차세대 전자기기에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 보인다.

카이스트(KAIST)는 박인규 기계공학과 석좌교수 연구팀이 한국전자통신연구원(ETRI) 김혜진 박사팀과 공동으로 종이나 섬유, 나뭇잎 등 어디든 그리는 대로 전기가 흐르는 신개념 전자 소재 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.

연구팀이 개발한 새로운 전자 소재는 미세한 가루 형태의 ‘액체금속 파우더’를 기반으로 한다. 액체금속 파우더는 평소에는 전기가 통하지 않지만, 붓으로 문지르거나 손가락으로 누르는 등 가벼운 물리적 자극을 주면 입자를 감싼 산화막이 깨지면서 내부 금속이 서로 연결돼 전기가 흐르게 된다. 이 기술을 활용하면 표면장력이 크고 잘 퍼지지 않아 원하는 위치에 정밀하게 회로를 만들기 어렵고 쉽게 번지거나 뭉치는 기존 액체금속의 문제점을 해결할 수 있다.

액체금속 파우더는 사용 장소와 재질의 제약이 거의 없는 것이 특징이다. 별도 열처리 없이도 종이나 유리, 플라스틱은 물론 섬유나 나뭇잎 표면에도 전자회로를 구현할 수 있다. 연구팀은 피부 부착형 무선 건강 모니터링 기기와 형태가 자유롭게 변형되는 소프트 로봇 회로 등에 액체금속 파우더를 사용해 실제 응용 가능성을 확인했다.

연구팀은 “액체금속 파우더를 사용하면 기존 액체금속 회로에서 문제가 됐던 번짐과 침전, 패턴 변형 문제를 크게 줄여 다양한 표면에서 안정적인 회로 제작이 가능하다”며 “복잡한 장비 없이도 다양한 표면 위에 정밀한 회로를 만들 수 있어 웨어러블 헬스케어, 소프트 로보틱스, 유연 전자소자 등 차세대 전자기기 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

액체금속 파우더 기반의 전자회로는 사용이 끝난 후 물에 녹여 분해한 뒤 간단한 화학 처리를 하면 액체금속을 회수해 다시 파우더 형태로 만들어 재사용할 수도 있다. 전자폐기물 발생을 줄이는 친환경적 기술인 셈이다.

액체금속 파우더 기반 전자 소재 기술을 개발한 카이스트 기계공학과 굴 오스만 박사후연구원과 박인규 석좌교수, 김혜진 한국전자통신연구원 박사(왼쪽부터 시계방향으로). 카이스트 제공

박 교수는 “이번 연구는 전자회로 제작을 그림을 그리듯이 직관적으로 할 수 있을뿐 아니라 재활용까지 가능하다는 점에서 의미가 크다”며 “액체금속 파우더는 상온에서 1년 이상 보관해도 성능을 유지하며 수만 번 굽히거나 비틀어도 회로가 끊어지지 않을 정도로 안정적이어서 다양한 분야에서 활용될 수 있다”고 말했다.

굴 오스만 카이스트 기계공학과 박사후연구원이 제1저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’에 후면 표지 논문으로 실렸다.

이종섭 기자 nomad@kyunghyang.com