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‘액체 금속 전자회로’ 개발… 접을 수 있는 기판 나온다

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2018년 07월 18일 18:32 프린트하기

서울대 연구진의 연구성과가 소개된 재료분야 국제학술지 어드밴스드 펑셔널 머티리얼스 표지.
서울대 연구진의 연구성과가 소개된 재료분야 국제학술지 어드밴스드 펑셔널 머티리얼스 표지.

차세대 스마트폰, 노트북컴퓨터 등은 접거나 둘둘 말 수 있는 ‘플랙시블’ 형태가 되리란 예상이 많다. 디스플레이 패널 등은 이런 유연성 소재가 이미 개발돼 있다. 그러나 전기회로를 구성하는 전자기판 만큼은 만큼은 유연성 소재로 만들기 어려워 실용화의 걸림돌이 돼 왔다.

 

서울대 공대 기계항공공학부 고상근 교수팀은 자유롭게 구부러지는 ‘액체 금속’을 이용, 전자회로의 굵기가 수 ㎛(마이크로미터, 1㎛는 100만분의 1m) 단위인 전자회로를 제작하는 기술을 개발했다고 18일 밝혔다. 이렇게 제작된 액체 금속 전자회로와 센서는 휘거나 늘어나거나 접혀도 도선이 끊어지지 않고 전기전도성이 유지됐다.

 

플렉시블 전자회로 소재로 그래핀이나 탄소나노튜브 등 전도성과 유연성을 모두 갖춘 신소재가 각광받고 있다. 하지만 열에 취약하고 제조과정이 복잡해 대량생산이 어려워 당장 실용화하긴 어렵다는 의견이 많다.

 

전자섬유의 대안으로 액체 금속인 갈륨 혼합물을 이용, 미세한 회로를 전용 프린터로 찍어내는 ‘프린팅’이나 ‘패터닝’ 방식도 검토되고 있다. 그러나 갈륨 혼합물은 액체가 방울지려는 성질인 표면장력이 커 수십 ㎛ 이하 아주 가느다란 선폭의 전자회로를 만들기는 어려웠다. 평면에만 프린팅이 가능한 점도 정밀 전자회로 제작에 장애가 됐다. 

 

고 교수팀은 평면뿐만 아니라 굴곡진 경사면에도 액체 금속 프린팅이 가능하도록 시스템을 설계했다. 이어 액체 금속 직접 분사 방식과 상변화를 이용한 액체 금속 이송 방식을 이용하여 회로의 폭을 마이크로미터 단위로 줄였다.

 

연구진은 액체 금속을 100㎛ 선폭으로 인쇄한 다음, 한쪽으로 균일하게 잡아 늘이는 방법을 고안했다. 이렇게 잡아 늘린 액체 금속을 다른 기판에 옮겨 붙이는 공정 역시 개발했다. 이 과정을 6∼7회 반복해 선폭 2㎛의 액체 금속 전자회로를 만들었다. 연구진은 첫 인쇄를 선폭 20㎛로 하면 이 과정을 2∼3차례만 해도 2㎛의 액체 금속회로를 만들 수 있을 것으로 보고 있어 앞으로 실용화가 한결 손쉬워질 것으로 기대된다.

 

지금까지는 액체금속으로 가느다란 전자회로를 만들기 위해 주물을 뜨는 방식을 주로 사용했다. 단단한 탄성체로 회로 금형을 만든 다음, 그 속에 액체 금속을 채우던 방식이다. 하지만 주물 자체가 회로 형성에 방해가 되므로 복잡한 전자회로를 구성하기엔 까다로운 방식이다. 서울대 연구진은 이런 기존 방식을 깨고 ㎛ 단위의 액체 금속 회로를 제작했다. 이 방식을 고안한 것은 고 교수팀이 세계적으로도 처음이다.

 

고상근 교수는 “자체 개발한 방식으로 2㎛ 폭의 액체 금속 패턴을 제작했다는 점에서 독보적 기술‘이라며 ”앞으로 플랙서블 디스플레이와 센서, 웨어러블 기기 등 다양한 분야에 적용 가능할 것으로 기대한다"고 말했다.

 

이번 연구 결과는 재료 분야 전문 학술지인 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced functional Materials)’ 6월 9일자 표지 논문으로 게재됐다.

 

 


 

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