한국과학기술원(KAIST)은 스티브 박 신소재공학과 교수, 정재웅 전기 및 전자공학부 교수팀이 안정적인 형태의 액체금속을 고해상 프린팅할 수 있는 기술을 개발했다고 25일 밝혔다.
액체금속은 전기전도도가 높고, 변형성이 뛰어나 유연·신축성 전자소자에 다양하게 적용돼왔다. 하지만 액체가 갖는 불안정성, 높은 표면장력 탓에 직접 접촉을 요구하는 전극, 고해상도를 요구하는 전자소자 배선으로는 쓰기 어려웠다.
액체금속을 6~10마이크로미터(㎛) 크기 입자 형태로 분쇄, 안정화해 전자소자에 적용하는 연구가 진행돼 왔지만, 이 경우 표면에 일어난 산화 탓에 기존 높은 전기전도성을 상실한다는 단점이 있다. 표면 산화막을 제거해 전기전도성을 다시 확보하는 과정이 필요했다.
연구팀은 화학 변성을 일으켜 이를 가능하게 했다. 프린팅 시 액체금속 현탁액(고체 입자가 분산된 액체)을 증발시켜 강한 산성을 띠게 했고, 기판에 약 60도 열을 가해 잉크 증발과 산 활성, 화학 변성을 촉진했다. 액체금속 입자 배선의 경우 별도 전기 활성 과정 없이 금속과 비슷한 수준으로 높은 전기전도도를 보이게 했다.
연구팀은 액체금속 입자 표면에 전해질을 붙여 기계, 화학적 안정성 향상과 프린팅 과정의 막힘 현상을 방지하고 신축성도 부여했다. 프린팅된 액체금속 입자 기반 배선은 약 500%까지 늘려도 저항이 크게 변하지 않아 다양한 신축성 소자에 사용될 수 있는 것으로 기대된다.
전해질을 부착한 액체금속은 생체 친화성이 우수해, 피부와 직접 닿을 수 있는 생체전극으로도 사용될 수 있다. 연구팀은 액체금속을 상용화된 의료용 테이프 위에 증착, EMG 센서(근육 움직임으로 인한 미세한 전기신호를 감지하는 센서)도 제작했다. 심전도 센서(ECG) 응용 가능성도 제시했다.
스티브 박 교수는 “최근 주목받는 액체금속 입자 기반 현탁액의 새로운 적용 가능성을 보여준 의미 있는 결과”라고 말했다. 정재웅 교수는 “헬스케어를 위한 웨어러블, 임플란터블 모니터링 전자소자를 포함한 다양한 유연 및 신축성 전자소자에 핵심 기술로 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
김영준기자 kyj85@etnews.com
