자유로운 형상에 신축성까지…신개념 3D프린팅 전도체 잉크 개발

마요네즈처럼 짜낼 때 모양을 유지하는 성질을 지닌 전도성 잉크로 자유로운 3차원(3D) 형태를 만들 수 있는 프린팅 기술이 개발됐다.

기존 소재보다 탄성과 전도성을 모두 높여 웨어러블 기기에 필요한 유연소자 상용화 가능성을 높였다는 평가가 나온다.

과학기술정보통신부는 한국과학기술연구원(KIST) 소프트융합소재연구센터 정승준 책임연구원 연구팀이 어느 방향으로나 인쇄가 가능한 3D 프린팅 공정 기술을 개발하고 이를 활용해 인체 맞춤형 자유형상 소자를 개발하는 데도 성공했다고 21일 밝혔다.

과기정통부에 따르면 최근 헬스케어 분야에서는 인체에 밀착해 생체 신호를 읽어내는 기술이 주목받으며 이에 활용되는 부드러운 소자인 '스킨 일렉트로닉스'가 주목받고 있다.

이런 스킨 일렉트로닉스는 사용자의 신체와 이용 목적에 맞는 자유로운 형태가 요구되는데, 기존 반도체 공정이나 3D 프린팅 기술은 소재를 쌓아 올리는 적층 방식을 활용하다 보니 형태가 자유롭고 변형도 가능한 회로를 제작하기 어려웠다.
 

유화액 기반 잉크와 기존 잉크의 차이
[KIST 제공. 재판매 및 DB 금지]

연구팀은 부드러운 전도체를 3D로 직접 그릴 수 있는 소재를 찾던 중 마요네즈 같은 유화액에 주목했다.

유화액은 물과 기름처럼 액체에 섞이지 않는 다른 액체를 미세입자로 분산시킨 것으로, 이런 유화작용이 일어난 액체는 노즐을 통과해도 에너지가 분산돼 형태가 잘 변형되지 않는다고 연구팀은 설명했다.

정 책임연구원은 "마요네즈나 크림을 별 모양 토출구로 짜면 잘 짜지면서 유지가 되는데 소재가 가진 유화작용 때문"이라고 설명했다.
 

디자인 자유도가 높고, 신축성이 큰 3D 프린팅 기술
[KIST 제공. 재판매 및 DB 금지]

연구팀은 은을 섞어 전도성을 높인 고분자를 녹이는 용매와 고분자와 섞이지 않는 용매를 도입한 유화액 잉크를 개발해 어느 방향으로든 인쇄해도 형상을 유지할 수 있는 구조를 만드는 3D 프린팅이 가능하게 했다.

이렇게 인쇄된 소재는 기존 전도성 잉크와 달리 외부 충격이나 기계적 변형에 자유롭고, 본래 길이보다 절반 이상 늘어나도 높은 전도도가 유지됐다.

연구팀은 이 소재를 활용해 바닥 배선을 뛰어넘는 3차원 배선 구조를 만들고, 이를 손가락에 붙여도 동작하는 것을 확인했다. 

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