명지대 정상국 교수팀, 종이 위 액체금속 회로 제작기술 개발 … 썼다가 지웠다 가능

명지대학교는 기계공학과 정상국 교수 연구팀이 복잡한 공정 장비 없이도 종이 위에 전자회로를 제작하고, 필요에 따라 지우고 다시 쓸 수 있는 액체금속 기반의 회로 제조 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.

이번 연구는 명지대 화학공학과 이주형 교수, 미국 베일러대(Baylor University) 전기·컴퓨터공학과 이정봉 교수, 육군3사관학교 김대영 교수와 공동으로 진행했다.

공동 연구팀은 종이 기반 전자장치를 쉽고 유연하게 제작할 수 있는 새로운 '역 패터닝(Inverse Patterning)' 방식을 제시했다.

웨어러블 기기와 접을 수 있는 센서 등 유연 전자장치(Flexible Electronics)에 대한 관심이 높아지면서 외부 힘이나 변형에도 안정적으로 작동하는 소프트 전자장치 기술이 주목받고 있다. 특히 종이 전자장치는 저비용과 간단한 가공이라는 장점이 있지만, 유연 기판 위에 정교한 회로를 구현하는 데에는 한계가 있었다. 기존 전도성 잉크는 공정 조건의 제약이 크고 탄소 기반 잉크는 전도성 측면에서 한계를 보였다.

이에 대한 대안으로 갈륨 기반 액체금속이 주목받아 왔으나, 산화막 형성과 높은 점착성으로 인해 미세 패터닝에는 복잡한 공정이나 전용 장비가 필요했다.

연구팀은 특수 장비 없이 상용 도구만으로 회로를 제작할 수 있는 간단한 공정을 개발했다.

해당 기술은 종이 표면에 액체금속을 얇은 필름 형태로 코팅한 뒤 에탄올 기반 리무버 펜으로 불필요한 부분을 선택적으로 제거해 원하는 회로 패턴을 구현하는 방식이다. 회로 설계 변경이나 오류 수정이 필요한 경우에는 제거된 부분을 다시 액체금속으로 채워 연결을 복구할 수 있다. 회로를 반복적으로 수정·재작성할 수 있다는 게 장점이다. 또한 리무버 펜을 상용 커팅 장비에 장착해 자동화된 정밀 패터닝도 구현했다.

정 교수는 "이번 연구는 '만들기 쉽고, 고치기도 쉬운' 종이 기반 전자회로 제작 방식을 제시한 것"이라며 "교육용 전자 실습, 빠른 시제품 제작, 저비용 유연 전자소자 개발 등 다양한 분야에서 활용 가능성이 클 것으로 기대된다"고 말했다.

이번 연구 결과는 전자재료·디바이스 관련 국제학술지 'ACS 어플라이드 일렉트로닉 머티리얼즈(ACS Applied Electronic Materials·미국화학회 응용 전자 소재)'에 지난해 8월 29일 온라인 게재된 후 10월호 표지논문으로 실렸다. 김우찬, 박지혁 연구원이 각각 제1저자, 제2저자, 정 교수는 교신저자로 각각 참여했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 지원을 받아 한국연구재단 연구비로 수행됐다.