한국전기연구원(원장 박경엽)은 나노융합기술연구센터의 설승권 책임연구원팀이 탄소나노튜브와 은 나노 입자를 이용, 3D프린팅용 나노 전자잉크와 잉크 기반 고정밀 3D 프린팅 기술을 개발하는데 성공했다고 12일 밝혔다.

이 기술을 이용하면 전기가 통하는 수백 나노미터(nm, 1 nm=10억분의 1m) 크기의 스마트 기기용 전자회로를 인쇄할 수 있다. 

3D 프린팅 기술을 실현하기 위해서는 프린팅 기술에 맞는 3D 프린팅용 잉크를 제조할 수 있는 기술이 필요하다. 연구팀은 우선 탄소나노튜브와 은 나노입자를 이용해 3D 프린팅용 나노 전자잉크 기술을 개발했다.

연구팀이 개발한 전자잉크를 이용하면 기존 2차원 인쇄전자기술에 사용되는 전자잉크들과 유사하게 낮은 점도(100 mPa·s)를 가지면서도 우수한 전기적 특성을 갖는 3차원 구조물을 제작할 수 있다. Pa·s는 점도를 나타내는 국제단위로 물의 점도는 20℃에서의 약 1mPa·s이며, 벌꿀이나 당밀의 점도는 약 500㎩·s이다.

전자잉크를 기반으로 연구팀은 다양한 형상의 기능성 3차원 인쇄를 할 수 있는 3D 프린팅 기술을 개발했다. 잉크 토출을 위해 잉크 방울을 형성하거나 또는 압력을 가해야 하는 기존의 프린팅 방식과 달리, 잉크의 표면 장력을 이용해 펜으로 글씨를 쓰는 것과 같은 새로운 방법(Fountain-Pen 3D Printing)으로 프린팅하는 기술이다.

이 기술은 다중 노즐을 적용해 생산성 향상과 함께 제작된 패턴의 해상도를 한층 높일 수 있다는 장점이 있다. 또 다양한 소재로 마이크로, 나노미터 수준의 기능성 3차원 미세구조물을 제작할 수 있다.

연구팀은 전자소자의 미세 3D 모듈(센싱 변환기, 에미터, 안테나, 인덕터 등) 제작에 개발된 3D 프린팅용 나노 전자잉크와 3D 프린팅 기술을 성공적으로 적용, 다양한 형상의 3차원 구조물 제작이 가능함을 증명했다. 

전기연은 지난 8일 기술을 관련 전문기업인 대건테크에 이전했다. 앞으로 전자소자를 인쇄할 수 있는 3D 프린터 상용화를 위해 기술지원을 할 예정이다.

설승권 책임연구원은 "이는 기존 인쇄전자용 잉크도 간단한 조작으로 3D 프린팅에 활용될 수 있다는 것을 의미하며, 개발된 3D 프린팅 기술에 적용될 수 있는 3D 프린팅용 잉크 소재를 다양화할 경우, 인쇄전자의 다양한 분야에 실용화할 수 있는 가능성을 보여준다"고 설명했다.

해당 연구결과는 나노 및 에너지소재 분야 과학저널인 'ACS 나노' 와 'ACS 어플라이드 머티리얼즈 앤 인터페이스' 등에 게재됐다.