전기연구원, 은 잉크 대체 '구리-그래핀 복합 잉크' 개발
전기연구원, 은 잉크 대체 '구리-그래핀 복합 잉크' 개발
  • 송범선 기자
  • 승인 2018.08.16 18:04
  • 댓글 0
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-이건웅·정희진 박사팀 "은과 성능 대등하고 가격은 1/10 수준"
-전기전도도 및 열전도도가 우수한 그래핀이 있아서 가능
그래핀-구리 잉크가 개발됐다. 사진은 그래핀과 공기 유전층을 이용하는 3차원 압력센서. (사진=뉴시스)
그래핀-구리 잉크가 개발됐다. 사진은 그래핀과 공기 유전층을 이용하는 3차원 압력센서. (사진=뉴시스)

[뉴시안=송범선 기자] 꿈의 신소재 그래핀과 제조 산업의 핵심으로 불리는 구리가 합성되면서 저렴하면서도 전기 전도성이 우수한 '구리-그래핀 복합 잉크'가 개발됐다.

이는 전기전도도 및 열전도도가 우수해 금속 소재의 산화 방지막으로 활용이 가능한 '그래핀'이 있어 가능했다.

이것은 전자기기의 배선·회로·전극으로 사용되는 비싼 은(Ag) 잉크와 성능은 비슷하면서 가격은 1/10 수준의 '차세대 복합 잉크' 로 불린다.

또, 싼 원자재 가격으로 좋은 효율을 낼수있어, 다양한 산업에서 긍정적인 평가를 받고 있다.

경남 창원에 있는 한국전기연구원(KERI· 원장 최규하)은 나노융합기술연구센터 책임자인 이건웅 책임연구원과 정희진 책임연구원이 '구리-그래핀 복합 잉크'를 개발했다고 16일 밝혔다.

전기연구원은 터치패널, 디스플레이 등 유연 인쇄전극 분야에서 안정적이면서도 가격경쟁력을 확보할 수 있는 기술로 평가하고 있다.

전기연구원에 따르면 현재 시판되고 있는 전도성 잉크 소재 중에 가장 많이 사용되고 있는 소재는 귀금속 계열인 은이다.

은(Ag)은 전기 전도도가 높고 산화가 잘 안 되는 장점이 있지만, 가격이 매우 비싸다.

이에 성능은 은과 유사하면서도 가격은 10배 저렴한 구리(Cu)가 대체 소재로 주목을 받아 왔다.

하지만 구리는 은보다 녹는점이 높고 공기 중에 노출되면 표면에 쉽게 산화막이 형성되는 문제가 있고, 전극 제조 과정에서 고온 노출시 구리 입지가 산화되는 단점이 있다.

특히 산화막이 형성된 구리에는 전기가 흐르지 않기 때문에, 이를 방지할 수 있는 완벽한 기술 개발이 요구됐다.

화학적 안정성, 전기전도 및 열전도 우수

그동안 국내외 연구진은 구리 입자 크기를 수십 나노미터로 줄이거나 표면에 은을 추가로 입히는 등 방법으로 산화막을 막는 여러 연구결과를 발표했다.

하지만, 비용이 많이 들거나 다시 산화막이 형성되는 문제가 발생해 실제 상용화까지 이어지지는 못했다.

전기연구원 이건웅·정희진 박사 연구팀은 '그래핀' 소재에 주목했다.

그래핀은 화학적 안정성이 뛰어나고 전기전도도 및 열전도도가 우수해 금속 소재의 산화 방지막으로 활용이 가능한 나노 소재다.

연구팀은 같은 구리라도 나노 크기가 아닌 보다 값싼 마이크론 크기의 상용 구리 입자를 사용해 가격 경쟁력을 높였다.

또, 구리 입자 표면에 수층의 그래핀을 용액상에서 합성하는 ‘액상합성법’을 통해 대량 연속 공정의 기반을 구축했다.

제조된 '구리-그래핀 복합성 잉크'의 결정성은 매우 우수해 6개월 이상 안정적으로 유지될 정도로 산화 방지에 효과적인 것으로 나타났다.

특히 구리 입자의 크기, 광 에너지 및 패턴 두께의 조절을 통해 다양한 전기전도도를 갖는 패턴 전극을 확보해 폭넓은 응용 분야로 적용할 수 있게 됐다.

연구책임자인 이건웅 책임연구원은 "구리 표면에 수층의 그래핀을 합성하기 위해 세계 최초로 액상합성법을 적용했다"고 밝혔다.

이어 그는 "많은 시행착오를 통해 구리-그래핀 표면형상을 제어하는 방법을 개발해 대량 연속공정 가능성을 확보했다"고 설명했다.

연구팀은 개발된 성과가 향후 전자파 차폐(EMI) 필름, 태양전지, 무선인식(RFID) 안테나, 연성인쇄 회로기판(flexible PCB) 및 웨어러블 신축 전극 등의 소재로 활용될 것으로 기대하고 있다.


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