한국전기연구원(원장 최규하)이 개발한 ‘저가형 금속/그래핀 복합잉크 제조기술’이 최근 과학기술정보통신부가 선정한 ‘2020년 10대 나노기술’로 선정됐다. 과학기술계 출연연구기관으로는 유일하게 이름을 올렸으며, 지난 9월 국가과학기술연구회(NST)가 발표한 ‘소부장 출연연 대표 우수성과’ 선정에 이은 쾌거다.

한국전기연구원 나노융합연구센터 이건웅·정희진 박사팀이 개발한 이번 기술은 ‘꿈의 나노 신소재’라고 불리는 그래핀을 구리에 합성해 가격은 대폭 낮추면서도 뛰어난 전기 전도성을 갖는 잉크 기술이다. ‘전도성 금속잉크’는 말 그대로 전기가 통하는 잉크로, 각종 전기·전자기기의 부품 제조는 물론, 우리나라 소재·부품 산업 전 방위에 활용되는 필수 소재다.

전도성 금속잉크를 개발한 정희진(왼쪽) 박사와 이건웅 박사./한국전기연구원/

현재 시판되는 전도성 금속잉크의 주요 소재는 귀금속 계열의 은(Ag, Silver)이다. 은은 전기 전도도가 높고 산화가 잘 되지 않는 장점이 있지만 가격이 매우 높다. 특히 고품질 은 잉크의 경우 높은 수준의 기술력이 필요하다 보니 그동안 해외 수입의존도가 높았고, 이에 따라 대체 소재 발굴 및 국산화 기술 개발이 절실했다.

이러한 은을 대체하기 위한 소재로 은과 유사한 전기 전도도를 가지면서도 가격은 10배나 저렴한 구리(Cu, Copper)를 활용하려는 노력이 있었지만, 구리는 은보다 녹는점이 높고, 공기 중에 노출되면 표면에 산화막이 쉽게 형성돼 전기가 흐르지 않는다는 치명적인 약점이 있다.

이에 연구팀은 화학적 안정성이 뛰어나고 전기 및 열 전도성이 우수해 금속 소재의 산화 방지막으로 활용이 가능한 그래핀에 주목했다. 즉, 구리의 단점을 그래핀으로 보완한 것이다. 연구팀은 세계 최초로 자체 개발한 ‘액상합성법’을 통해 구리와 그래핀을 효과적으로 합성, 구리의 산화 방지는 물론, 잉크를 대량 생산할 수 있는 공정 기술을 확보했다. 특히 구리 중에서도 저렴한 마이크론 크기의 상용 구리 입자를 사용해 가격 경쟁력을 높였고, 구리 입자의 크기 및 형태(구형, 플레이크형, 덴드라이트형) 조절을 통해 다양한 전기 전도도를 갖는 패턴 전극을 확보할 수 있게 해 산업체에서 기술을 폭넓게 응용할 수 있도록 만들었다.

개발 책임자인 이건웅 박사는 “일본 수출규제로 인해 소부장에 대한 국민적 관심과 성원이 높은 만큼 전기재료 연구 분야에서 기술 독립을 실현할 성과로 보답하겠다”고 말했다.

조윤제 기자