온도 따라 색상 변하는 생체 모방 웨어러블 기술 등장

국내 연구진이 혁신적인 ‘액체금속 기반 전자 잉크’를 개발했습니다.

이 잉크는 온도에 따라 딱딱함과 부드러움을 자유롭게 전환할 수 있는 특징을 지니고 있습니다.

KAIST 전기 및 전자공학부의 정재웅 교수 연구진은 서울대 박성준 교수 및 KAIST 스티브 박 교수 연구팀과 협력하여

상온에서 매우 미세한 선폭의 회로를 인쇄할 수 있는 액체금속 전자 잉크를 성공적으로 개발했다고 밝혔습니다.

이 잉크는 온도 변화에 따라 물성 상태를 조절할 수 있는 기능을 가지고 있습니다.

연구진은 특히 체온 근처에서 녹는 갈륨이라는 액체금속에 주목했습니다.

갈륨은 고체 상태에서는 단단하지만 녹을 경우 매우 부드러워집니다.

그러나 기존 갈륨은 쉽게 뭉치고 액체 상태가 불안정하여 정밀한 회로 제작에는 어려움이 많았으며, 제작 과정 중 원치 않는 상변화도 발생하곤 했습니다.

이 문제를 해결하기 위해 연구진은 산성도 조절 기반의 새로운 프린팅 기술을 개발했습니다.

이들은 갈륨 입자를 디메틸 설폭사이드(DMSO)라는 중성 용매에 친수성 폴리우레탄과 함께 혼합해 전자 잉크를 제작했습니다.

인쇄 과정 후 가열 단계에서 DMSO가 분해되며 산성 환경을 조성하고, 이는 갈륨 입자들의 표면 산화막을 제거하여 입자들이 연결되게 합니다.

이를 통해 전기가 통하며 강성을 제어할 수 있는 신뢰성 높은 회로가 구현됩니다.

이러한 2단계 공정 덕분에 상온에서는 안정적인 인쇄가 가능하고, 최종 제품에서는 뛰어난 전기전도성과 가변 성질을 가진 전자 소자를 만들 수 있습니다.

특히 이 전자 잉크를 사용하면 머리카락 두께의 절반 수준에 불과한 미세한 회로를 인쇄할 수 있습니다.

더불어 플라스틱처럼 단단했다가 고무처럼 유연하게 변하는 놀라운 성질을 보입니다.

스크린 프린팅 및 딥 코팅과 같은 기존의 인쇄 방식과도 호환되며, 다양한 형태의 전자기기 제작에도 활용이 가능합니다.

흥미롭게도 연구진은 딱딱한 형태의 휴대용 기기가 필요할 때는 단단해지고, 착용 시에는 부드러운 웨어러블 헬스케어 기기로 변환되는 기기를 이 기술로 개발했습니다.

수술 중에는 딱딱하게 삽입되지만, 뇌 조직 내에서 부드럽게 변하며 염증 반응을 최소화하는 뇌 탐침도 만들어 이식용 소자로서의 가능성을 보여주었습니다.

정재웅 교수는 “전자 잉크의 산성도를 조절하여 갈륨 입자를 연결하는 이 독창적인 기술이 상온에서 초정밀 고해상

회로 제작을 가능케 하였으며, 이를 통해 다목적 기기, 의료 기술, 로봇 분야 등 다양한 응용이 가능하다”고 강조했습니다.

이 연구는 5월 30일 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 게재되었습니다.