국내연구진이 유연한 투명전극부터 고감도 신축성 스트레인 센서까지 다양한 전자 부품 소자를 경제적으로 제작할 수 있는 대면적 광기반 생산 기술을 개발했다.

한국기계연구원(이하 기계연)은 인쇄전자연구실 우규희 박사 연구팀이 전자부품 소자에 대면적 광원을 수㎳(밀리초, 1천분의 1초)로 아주 짧게 쪼여 열 손상을 최소화하면서 유연하고, 신축성 있는 전자 부품 소자를 만들 수 있는 생산 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.

대면적 광을 이용하면 나노와이어나 메시(mesh)타입의 유연성이 뛰어난 투명전극 패턴 필름을 비롯해 고감도 신축성 스트레인 센서 같은 전자 부품 소자를 훨씬 짧은 시간에 효과적으로 제작할 수 있다. 특히 전도성 나노 재료의 고속 열처리와 동시에 패터닝까지 진행할 수 있어, 생산 공정을 단순화할 수 있다. 또 롤투롤과 연계하면 초당 수백~수천㎠ 이상까지도 대면적 고속 생산할 수 있다는 장점도 크다.

지금까지는 패터닝을 위해서 포토리소그래피나 스탬프를 이용한 전사, 레이저를 이용한 가공 등을 주로 이용했다. 하지만 공정이 복잡하고 공정 시간 단축과 대면적화에 한계가 있었다.

또 연구팀은 신축성 있는 고무 같은 투명한 수지와 금속 나노 입자로 이뤄진 복합 재료에 대면적 광원을 쪼여 신축성 전도체를 만드는 데도 성공했다. 수지 속 금속 물질에만 국부적으로 높은 열을 순간 유도해 높은 전도도를 갖는 신축 전도체를 만드는 기술이다.

이 기술을 이용하면 기계적 변형에 따라 저항 변화가 커 민감도가 훨씬 좋은 신축성 스트레인 센서를 만들 수 있다. 지금까지는 복합 재료 내의 금속 나노 입자 가루가 밀착해 굳도록 하는 소결을 유도해, 전도도를 향상시키는 과정에서 수지가 고온에 함께 노출돼 과경화하고 신축성이 줄어드는 문제가 있었다.
  
인쇄전자연구실 우규희 선임연구원은 “대면적 광 공정 기술은 유연하고 신축성 있는 전자 부품 소자 제작시 발생되는 폴리머 기재의 열적 변형과 손상을 최소화하면서, 대량, 고속 생산하는 데 적합한 기술”이라며 “롤투롤 시스템과 연계해 플렉시블 조명과 디스플레이, 태양 전지, 스마트 윈도우, 투명 발열체 등에 활용할 수 있어 유연 투명 전극을 비롯해 다양한 유연 신축 전자 부품 소자를 대량 생산하고, 상용화할 수 있도록 노력할 것”이라고 말했다.

박응서 테크엠 기자   gopoong@techm.kr