다수의 국제 원천 특허를 보유하고 있는 국내 연구진이 산화구리잉크를 상온대기 상태에서 적은 광(光)에너지로 소결(燒結)할 수 있는 획기적 기술을 개발했다. 이 기술을 활용하면 전극패턴의 전기전도도를 기존의 2배가량 향상시켜 산화구리잉크 광소결 원천기술 상용화를 앞당길 것으로 기대된다.
한양대 김학성 교수(기계공학부)의 지도로 황현준 박사과정 연구원이 주도하고, 오경환 석사과정 연구원이 참여한 이번 연구는 한국연구재단 중점 연구소 사업 및 산업통상자원부 산업핵심기술개발사업인 ‘스마트 기기용 대기중 소결이 가능한 저가 나노잉크 개발’ 사업의 지원으로 수행됐고, 연구결과는 세계적 최저명 저널인 네이처(Nature) 자매지인 사이언티픽 리포츠(Scientific Reports)지 2016년 1월 25일 온라인에 게재됐다.(논문명: All-photonic drying and sintering process via flash-white light combined with deep-UV and near-infrared light irradiation for highly conductive copper nano-ink)
김 교수팀은 ‘복합광원 기반의 광(光)소결법을 이용한 구리 나노잉크 패턴의 건조 및 소결법’을 발표해 구리 나노잉크 광소결 기술에 대한 해 결책을 다시 한 번 제시했다. 산화구리잉크 백색광 광소결 기술은■폴리 머나 종이와 같은 플렉시블(Flexible) 기판에 전자회로를 자유롭게 구현 할 수 있는 기술이다.■이번 연구는 가시광선 파장대역의 극단파(極短波) 백색광(IPL)과 단파장의 원자외선(Deep UV)을 함께 조사해 보다 효율적 으로 산화구리막을 제거하고, 전극으로 소결할 수 있도록 해 구리 나노 입자 전극패턴의 전기전도도를 기존의 2배 가까이 향상시키는 획기적 결과를 얻었다.
그동안 인쇄전자 분야에서는 고가의 은나노잉크를 대체하기 위해 저가의 구리나노입자를 이용한 전도성 구리 나노잉크 개발이 화두였다. 하지만, 구리 나노입자는 공기 중에서 쉽게 산화막을 형성해 전기가 통하지 않는다는 문제점을 안고 있었다. 또한 기존의 나노입자를 소결하기 위해 사용돼 왔던 고온의 열소결 방법은 산화막을 쉽게 형성하는 구리 나노입자에는 적절치 못한 것으로 알려져 왔다. 이러한 고온공정은 플렉시블한 폴리머 기판 적용에 제한이 있을 뿐만 아니라 대량생산 이 힘들다는 단점도 있었다.
연구팀은 산화구리잉크의 극단파 백색광(IPL) 급속 소결방법의 원천 기술자 및 개척자로 관련 분야에서 세계적으로 주목 받아왔다. 특히 김 교수는 2008년 연구원 및 강사로 재직하던 미국 UCLA에서 한홍택 교수와 함께, 극단파 백색광(IPL)을 사용해 구리 나노잉크를 소결함으로써 산화막으로 덮인 구리 나노입자의 환원 및 소결 가능성을 세계 최초로 발견했다.
이후 2010년 김 교수는 한양대로 부임한 후 꾸준히 관련 연구를 해, 광소결 관련 세계 최초 논문 ‘Intense pulsed light sintering of copper nanoink for printed electronics’(2009) 외 37편의 저명 SCI 논문 및 다수의 관련 원천 특허(국제특허 4건, 등록 특허 8건, 특허출원 20건)를 보유하고 있으며 광소결 분야를 선도하고 있다.
이러한 연구결과들이 국내외로 알려지면서 여러 연구기관에서 광 소결 연구 후발주자로 뛰어들고 있으며, 다양한 기업들에서도 관심을 보이고 있다.
김학성 교수는 “산화구리잉크 광소결 원천 기술들이 대한민국 연구자들에 의해 발견 및 개발됐다는 것은 큰 행운이며 자부심을 느끼고 있다”며 “하루 빨리 관련 원천 기술이 상용화돼 인쇄전자 기술의 상용화로 이어졌으면 한다”고 밝혔다.
김 교수 연구실에서는 산화구리잉크 광소결 기술에 대한 다수의 소재 원천 특허, 공정 원천 특허 및 노하우를 보유하고 있으며 현재 국내 나노잉크 전문 업체인 ㈜아모그린텍(대표 김병규), 광소결 장치 전문업체 ㈜쎄미시스코(대표 이순종), 전자부품 연구원 등과 함께 관련 기술을 연성회로기판(FPCB), 디지타이져 등에 적용 및 상용화하기 위한 산학연 협동 연구를 진행하고 있다.
IP노믹스=이강욱 기자 wook@etnews.com
