연구개발자인 설승권(오른쪽) 책임연구원과 이상현 박사과정생이 무전해도금법 기반 고전도성 구리 3D프린팅 잉크를 들고 있다./전기연구원/

스마트팩토리, 사물인터넷(IoT) 센서 모듈 등 4차 산업혁명 분야에서 핵심 전자소자 및 전자제품 등을 3D프린터로 간편하게 인쇄할 수 있는 시대가 앞당겨질 것으로 전망된다.

한국전기연구원(이하 KERI, 원장 최규하)은 나노융합연구센터 설승권 박사(책임연구원)팀이 전압을 인가하지 않고 화학반응을 통해 금속을 도금할 수 있는 ‘무전해도금법’을 활용한 ‘고전도성 구리 3D프린팅 기술’을 개발했다고 25일 밝혔다. 기존 KERI가 보유한 전기도금법 방식의 한계를 뛰어넘는 기술로, 일상생활에서 3D프린터의 활용범위를 대폭 넓힐 것으로 기대하고 있다.

‘도금’이란 어떠한 물건의 표면 상태를 개선하기 위해 다른 금속의 얇은 층을 입히는 것을 말한다. 이 과정에서 전기에너지가 사용되면 ‘전기도금법’이라 하고, 전기 없이 화학반응을 활용하는 방법을 ‘무전해도금법’이라고 한다.

연구팀이 개발한 기술은 무전해도금법 과정 중 금속의 환원반응을 위한 촉매 물질이 함유된 3D프린팅용 잉크이다. 개발된 잉크를 이용하면 작게는 수 마이크로 미터(μm) 수준의 2차원은 물론 3차원의 구조물을 제작할 수 있으며, 제작된 구조물은 기판에서 떨어짐 없이 안정적으로 형상이 유지된다. 무전해도금법 기반 3D 프린팅 기술은 총 2단계로 구성된다. 먼저 촉매가 포함된 잉크로 2차원 패턴 혹은 3차원 구조물을 인쇄하고, 무전해도금법을 활용해 인쇄된 구조물에 구리를 코팅함으로써 고전도성 패턴을 제조하는 구조다. 이런 특징으로 인해 복잡한 형상의 3차원 기판에도 빠르고 단순하게 2차원(선, 면) 및 3차원 입체 형태의 구리 배선과 전극 등을 제작할 수 있다.

연구책임자인 설승권 박사는 “무전해도금법 기반 3D프린팅 기술을 통해 만든 구리 인쇄물의 전도성은 일반 구리의 약 70% 수준으로 매우 높다”며 “패턴 혹은 3차원 구조물 프린팅 후 전도도를 높이기 위한 추가적인 열처리 단계가 따로 필요 없어 공정이 단순하고 대면적에도 활용 가능한 기술로, 향후 3D프린팅의 활용 범위를 넓힐 수 있는 획기적인 기술이다”고 전했다.

한편 이번 연구는 미국 화학회가 발행하는 재료과학 분야 세계적인 학술지인 ‘ACS 어플라이드 머터리얼즈 앤 인터페이스’에 게재됐다.

이명용 기자