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액체금속을 전자소자 배선으로 활용한다

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액체금속을 전자소자 배선으로 활용한다

2021.01.05 17:41
정운룡 포스텍 교수. 포스텍 제공.
정운룡 포스텍 신소재공학과 교수. 포스텍 제공.

전자 소자에는 은, 구리와 같은 금속이 전극이나 배선으로 사용된다. 금속 기판은 외부에서 힘이 가해지면 전기 전도성을 잃는 등 특성이 바뀌어 접거나 형태를 바꿀 수 있는 신축성을 보유한 전자 소자를 구현하기 쉽지 않다. 

 

상온에서 액체처럼 흐르는 액체금속을 활용하려는 시도가 이뤄졌지만 액체금속을 배선이나 전극에 인쇄하는 잉크로 만들 경우 표면에 산화막이 형성돼 전기 전도성을 잃는 문제가 있다. 

 

포스텍은 정운룡 신소재공학과 교수와 비라판디안 셀바라지 박사 연구팀이 알로이시우스 순 연세대 신소재공학과 교수와 장우선 박사 연구팀과 공동연구를 통해 고전도성과 점도성을 확보한 액체금속 마이크로입자 금속을 개발하고 국제 학술지 ‘네이처 머티리얼스’ 1월 4일자에 게재했다고 밝혔다. 

 

연구진은 액체금속 마이크로입자의 산화막에 수소 이온을 도핑해 산화막을 전도체로 전환할 수 있는 방법을 고안했다. 먼저 산화막의 전도성을 이론적으로 확인하기 위해 수소를 도핑한 인듐 산화물이나 갈륨 산화물을 대상으로 시뮬레이션해 현재 투명전극에 활용되는 투명전도성 필름 전극과 유사한 전기전도성이 있다는 사실을 밝혀냈다. 

 

또 수소가 도핑된 고분자가 표면에 붙은 산화막은 길이를 300% 늘려도 깨지지 않고 점성(흐름성)과 소성(변형성)을 모두 갖는 점소성이 있다는 사실도 확인했다. 

 

연구진은 이같은 연구를 바탕으로 개발한 액체금속 잉크가 다양한 전자기판에 3차원 회로로 직접 프린팅이 가능하다는 사실을 입증했다. 액체금속 잉크로 인쇄된 전극과 배선은 500% 이상 늘려도 저항의 변화가 거의 없고 심각한 기계 손상이나 고온고습한 환경에서도 전기적 특성을 그대로 유지했다. 

 

정운룡 교수 연구팀은 이번에 개발한 액체금속 잉크와 인쇄 기술 실용화를 추진중이다. 로봇공학이나 인공피부, 3차원 프린팅과 접목한 응용 분야에 활용이 가능할 것으로 기대된다. 정운룡 교수는 “기계적 손상 및 열악한 환경 조건에서도 전기적 특성을 유지하는 전자소자를 개발하는 게 궁극적인 목표”라고 말했다. 

 

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