부산대학교(총장 최재원)는 카이스트(KAIST), 서울대학교와 공동으로 상온에서 미세 회로 인쇄가 가능하고, 온도에 따라 형태를 자유롭게 변화시킬 수 있는 액체금속 전자잉크를 개발했다고 4일 전했다.
이 연구는 머리카락보다 얇은 두께의 미세 선폭 회로를 정밀하게 인쇄하면서도, 완성된 회로가 딱딱함과 부드러움을 자유자재로 전환할 수 있도록 구현한 혁신적인 성과로 평가된다.
이는 차세대 웨어러블과 이식형 기기, 소프트 로보틱스 등 다양한 응용 분야에 새로운 가능성을 제시한다.
연구 성과는 세계적 권위의 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)' 5월 30일 자에 게재됐다.
이번 연구는 카이스트 전기·전자공학부 이시목 박사과정생과 부산대 광메카트로닉스공학과 이건희 교수가 공동 제1저자로, 카이스트 정재웅 교수(전기전자공학부), 스티브 박 교수(신소재공학과), 서울대 박성준 교수(첨단융합공학과) 연구팀이 공동으로 수행했다.
해당 논문 제목은 "Phase-Change Metal Ink with pH-Controlled Chemical Sintering for Versatile and Scalable Fabrication of Variable Stiffness Electronics"이다.
가변강성 전자기기 개발을 위한 '액체금속 갈륨'의 진화기존 전자기기는 딱딱한 고정형 또는 유연한 형태 중 하나만을 제공해, 사용성과 기술 응용에 한계가 있었다.
이를 해결하기 위해 연구팀은 체온 부근인 29.8℃에서 녹는 '갈륨(Gallium)'에 주목했다.
갈륨은 고체 상태에서는 단단하고, 액체 상태에서는 매우 부드러운 특성을 가져 강성을 1465배까지 조절할 수 있다.
다만 갈륨의 높은 표면장력과 불안정성은 정밀 인쇄에 큰 제약이 돼왔다.
이에 연구팀은 pH(산성도) 제어 기반의 화학 소결 공정을 새롭게 개발, 디메틸 설폭사이드(DMSO) 용매 내에 갈륨 입자와 친수성 고분자를 분산해 상온에서도 안정적이고 고해상도 인쇄가 가능한 전자잉크를 구현했다.
3D 전자기기도 제작 가능개발된 액체금속 전자잉크는 약 50㎛(마이크로미터) 수준의 미세 회로 인쇄가 가능하며, 전도도는 2.27×10? S/m에 달한다.
또 스크린 프린팅·딥 코팅 등 기존 제조 공정과도 호환돼, 복잡한 3차원 구조의 전자기기 제작도 무리가 없다.
연구팀은 이를 통해, 착용 전에는 딱딱한 휴대용 기기 형태지만 착용 후 체온에 반응해 유연하게 변하는 웨어러블 헬스케어 기기와, 수술 시에는 단단하게 삽입되지만 체내에서는 부드럽게 변형되는 뇌 이식용 탐침 등 시제품을 제작해 실용 가능성도 입증했다.
이건희 부산대 교수는 "이번 연구는 낮은 녹는점을 가진 금속을 기반으로 강성을 조절할 수 있는 전극 기술을 새롭게 제시한 성과"라며 "전자기기의 형태 제약 없이 다양한 분야에 확장 가능한 기술로, 향후 유연 전자소자·의료기기·로봇 분야의 핵심 소재로 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.
영남취재본부 조충현 기자 jchyoung@asiae.co.kr
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