다아라 매거진 _ 2018.06

기술뉴스

[Technical News]액체 금속 전자회로, 웨어러블 기기에도 사용 가능해져

한국연구재단, 경사면에서도 액체 금속 프린팅 가능하도록 설계

[Technical News]액체 금속 전자회로, 웨어러블 기기에도 사용 가능해져 - 다아라매거진 기술뉴스
경사면에 프린팅이 가능한 액체 금속 프린팅 장치


고체 도선을 사용하는 기존 전자회로는 휘거나 늘어나는 변형에 취약했다. 이에 그래핀이나 탄소나노튜브처럼 전도성과 유연성을 동시에 갖는 전자섬유를 이용한 전자회로 연구가 활발하게 진행되고 있지만, 열에 취약하고 제조과정이 복잡해 대량생산이 어려운 단점이 있었다.

이에 국내 연구진이 웨어러블 기기에 활용할 수 있는 액체 금속 기반의 전자회로 제작 기술을 개발했다. 이정철 교수(서강대학교, 교신저자), 김도윤 박사과정생(서울대학교, 제1저자)이 탄성체 금형을 사용하지 않고도 액체 금속을 수 마이크로미터(㎛)폭으로 패터닝(patterning)하는 기술을 개발했다고 한국연구재단은 밝혔다.

최근 저항은 낮고 전기 전도성이 높은 액체 금속이 대안으로 주목 받으면서 독성 없는 갈륨 혼합물을 이용한 프린팅과 패터닝 방식 개발이 증가했다. 하지만 높은 표면장력으로 인해 수십 ㎛ 이하로는 제작이 어렵고, 굴곡 없는 평면에서만 프린팅이 가능하다는 한계가 있었다.

연구팀은 평면뿐만 아니라 경사면에서도 액체 금속 프린팅이 가능하도록 하드웨어와 소프트웨어를 갖춘 프린팅 시스템을 설계했다.

또 기존의 액체 금속 직접 분사 방식은 분사하는 노즐 크기의 제약으로 40㎛ 이하의 패턴 제작이 불가능 했지만, 개선된 액체 금속 직접 분사 방식과 상변화를 이용한 새로운 액체 금속 이송 방식을 이용해 크기를 수 마이크로 단위로 줄이는데 성공했다.

연구팀은 먼저 액체 금속을 늘어날 수 있는 기판 위에 분사한 다음 프린팅한 액체 금속을 한쪽으로 균일하게 늘렸다. 이어 늘어난 액체 금속을 얼린 후 물리적으로 늘어난 기판에서 분리해 아직 늘어나지 않은 기판에 옮기는, 일련의 ‘늘리고-얼리고-옮기는’ 방식을 반복 진행했다.

그 결과 세계 최초로 경화된 탄성체 금형을 사용하지 않고 마이크로 단위의 액체 금속 패턴을 제작했다. 이렇게 제작된 액체 금속 전기회로와 센서는 인장(strain)이나 굽힘(bending) 같은 외부적 변형에도 도선이 끊어지지 않고 전기 전도성이 유지된다.

이정철 교수는 “이 연구는 자체적으로 개발한 액체 금속 프린팅 및 상변화 패터닝 방식을 통해 세계 최초로 탄성체 금형을 사용하지 않고도 2㎛ 폭의 액체 금속 패턴 제작에 성공한 것”이라며 “앞으로 플랙서블 디스플레이, 웨어러블 기기, 플랙서블 센서 등 다양한 분야에 적용될 것으로 기대된다”라고 연구의 의의를 설명했다.

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