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전기 없이 화학반응만으로 도금하는 3D프린팅 기술 개발

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2019년 02월 25일 15:34 프린트하기

무전해도금법 기반 고전도성 구리 3D프린팅 잉크와 프린터. 한국전기연구원 제공
무전해도금법 기반 고전도성 구리 3D프린팅 잉크와 프린터. 한국전기연구원 제공

복잡한 형상의 3차원 부도체를 손쉽게 전기소자로 변신시키는 구리 3D 프린팅 기술이 개발됐다. 웨어러블 기기, 스마트 팩토리, 드론의 핵심 전자소자를 3D프린터로 간편하게 인쇄할 수 있을 것으로 기대된다.


설승권 한국전기연구원(KERI) 책임연구원 연구팀은 전압을 인가하지 않고 화학반응을 통해 금속을 도금할 수 있는 ‘무전해도금법’을 활용한 고전도성 구리 3D프린팅 기술을 개발했다고 25일 밝혔다. 


KERI는 2015년 전기도금법의 원리를 활용한 금속 3D프린팅 기술을 세계 최초로 개발했다. 금속 소재를 녹여 프린팅하던 기존 방식과는 다른 새로운 방식이었다. 연구팀은 이 기술을 사업화하기 위해 기존 전기도금법 기반 3D프린팅 장점인 간단한 공정과 함께 보다 저렴하고 빠르며 넓은 활용성을 위해 무전해도금법에 주목했다.


무전해도금법은 전기없이 화학반응을 이용해 도금을 하는 방식을 뜻하는데 도체뿐만 아니라 플라스틱, 섬유류와 같은 전기가 통하지 않는 부도체에도 적용이 가능해 활용폭이 넓다. 전기도금법보다 도금층이 치밀하고 복잡하며 불규칙한 표면상에도 균일한 두께의 도금도 가능하다.


연구팀은 금속의 환원반응을 위한 촉매물질이 함유된 3D프린팅용 잉크를 개발했다. 그런 다음 촉매가 포함된 잉크로 2차원 혹은 3차원 구조물을 인쇄하고 무전해도금법을 이용해 구조물에 구리를 코팅했다. 이를 통해 일반 구리의 70% 수준 전도성을 가진 수 마이크로미터(μm)의 2, 3차원 구조물을 만들 수 있다. 산화방지를 위한 작업이나 전도도를 높이기 위한 추가적 열처리 과정도 없어 복잡한 형상의 3차원 기판에도 빠르고 단순하게 구리배선과 전극을 제작할 수 있다.


설 책임연구원은 “무전해도금법 기반 3D프린팅 기술을 통해 만든 구리 인쇄물의 전도성은 일반 구리의 약 70% 수준으로 매우 높다”며 “패턴 혹은 3차원 구조물 프린팅 후 전도도를 높이기 위한 추가적인 열처리 단계가 따로 필요 없어 공정이 단순하고 대면적에도 활용 가능한 기술로 향후 3D프린팅의 활용 범위를 넓힐 수 있는 획기적인 기술”이라고 말했다.


이번 연구결과는 국제학술지 ’에이씨에스 어플라이드 머터리얼즈 앤 인터페이스’ 1월 25일자에 발표됐다.

 

설승권 책임연구원(오른쪽)과 이상현 박사과정생(왼쪽)이 무전해도금법 기반 고전도성 구리 3D프린팅 잉크를 들고있다. 한국전기연구원 제공
설승권 책임연구원(오른쪽)과 이상현 박사과정생(왼쪽)이 무전해도금법 기반 고전도성 구리 3D프린팅 잉크를 들고있다. 한국전기연구원 제공

 

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