접히고 휘고 늘어나는 `액체금속 전자회로`

고상근 서울대 교수팀 개발

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국내 연구진이 액체 금속으로 만들어져 휘거나 늘리거나 접어도 전기전도성을 유지하는 전자회로를 개발했다. 고상근 서울대 교수(기계항공공학부)와 김도윤 박사과정생 팀은 액체 금속을 프린팅하는 방식으로 2마이크로미터(㎛) 선폭의 전자회로를 제작하는 기술을 개발했다고 18일 밝혔다.

최근 플렉서블, 웨어러블 기기에 대한 관심이 커지면서 휘거나 늘리거나 접어도 성능이 유지되는 유연한 전자회로 연구가 활발하게 이뤄지고 있다. 그래핀이나 탄소나노튜브처럼 전도성과 유연성을 갖춘 전자섬유가 주목받지만 열에 약하고 제조과정이 복잡해 대량생산이 어렵다는 단점이 있다.

전자섬유의 대안으로 액체 금속인 갈륨 혼합물을 이용해 인쇄하는 방식도 개발되고 있다. 그러나 갈륨 혼합물은 표면장력 때문에 수십 마이크로 이하로는 제작이 어렵고 평면에만 프린팅이 가능하다는 한계가 있다.

고 교수팀은 평면뿐 아니라 굴곡진 경사면에도 액체 금속 프린팅이 가능하도록 시스템을 설계했다. 또 액체 금속 직접분사 방식과 상변화를 이용한 액체 금속 이송 방식을 이용, 회로의 폭을 마이크로미터 단위로 줄이는 데 성공했다. 액체 금속을 100마이크로미터 선폭으로 인쇄한 다음 한쪽으로 균일하게 잡아 늘이는 과정과, 액체 금속을 올려 다른 기판에 옮기는 과정을 6∼7차례 반복해 선폭 2마이크로미터의 액체 금속 전자회로를 만들었다. 첫 인쇄를 선폭 20마이크로미터로 하면 이 과정을 2∼3차례만 해도 2마이크로미터의 액체 금속회로가 만들어진다.

단단한 탄성체로 회로 금형을 만들고 액체 금속을 채우던 기존 방식과 달리 마이크로미터 단위의 액체 금속 회로를 제작한 것은 처음이라고 연구진은 설명했다. 이렇게 만든 전기회로와 센서는 잡아당기거나 굽히는 외부 변형에도 도선이 끊어지지 않고 전기전도성이 유지된다.

고상근 교수는 "앞으로 플랙서블 디스플레이와 센서, 웨어러블 기기 등 다양한 분야에 적용 가능할 것으로 기대된다"고 말했다.

이 연구결과는 재료분야 국제 학술지인 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스' 표지논문으로 최근 게재됐다.

연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원 하에 이뤄졌다.

안경애기자 naturean@

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