한국전기연구원이 일본 수입에 의존해온 전도성 금속잉크를 새로운 제조공정으로 국산화했다.
한국전기연구원(KERI·원장 최규하)은 이건웅·정희진 KERI 나노융합연구센터 연구팀이 '금속·그래핀 입자와 복합잉크 제조기술'을 개발, 대성금속에 이전했다고 3일 밝혔다.
현재 시판되고 있는 전도성 금속잉크의 주요 소재는 은(Ag)이다. 은은 전기 전도도가 높고 산화도 잘 되지 않지만 가격이 비싸다. 고품질 은 소재 잉크의 경우 대부분 일본 수입에 의존하고 있다. 은 대체재로 은과 유사한 전기 전도도를 지녔고 가격은 10배나 저렴한 구리(Cu)를 사용할 수 있지만 녹는점이 높고 표면 산화막도 쉽게 형성되는 약점이 있다.
KERI 연구팀은 그래핀을 이용해 이 같은 문제를 해결했다. 그래핀은 화학적 안정성이 뛰어나고 전기와 열 전도성이 우수해 금속 소재 산화 방지막으로 적합하다.
연구팀은 구리 입자 표면에 여러 층의 고결정성 그래핀 용액을 직접 입히는 '액상합성법'으로 '구리-그래핀 복합 잉크' 개발에 성공했다. 이 액상합성법은 구리·그래핀 복합 입자를 대량으로 연속 제조하고 잉크 및 전극 제조 시에 나타날 수 있는 그래핀 탈착 현상을 방지할 수 있다.
실험 결과 이 복합 잉크는 6개월 이상 구리 산화를 안정적으로 제어했다.
가격과 응용 경쟁력도 뛰어나다. 마이크론 크기의 값싼 상용 구리 입자를 사용할 수 있고, 구리 입자 크기나 형태를 조절해 다양한 전기 전도도를 갖는 패턴 전극을 만들 수 있어 응용 분야도 넓다.
이건웅 연구원은 “분산성이 우수한 고점도 잉크 제조, 스크린 인쇄로 해상도 높은 패턴 막 형성 등 상용화 가능한 기술을 다수 확보했다”면서 “저렴한 구리 잉크의 산화로 인한 전기적 불안정성을 그래핀 복합화로 해결한, 전도성 잉크 기술 자립화 성과”라고 말했다.
KERI는 금속소재 및 잉크 제조 전문기업 대성금속에 착수기술료 5억5000만원, 경상기술료 1.5% 조건으로 기술이전했다.
대성금속은 월 1톤 규모 구리·그래핀 복합 입자 파일럿 생산설비를 구축했고, 내년 1분기 월 10톤 규모로 확대한다. 디스플레이 및 모바일 기기 배선전극용으로 우선 공급하고 추후 자동차 전장 부품 및 배터리 분야로 확대해 나갈 계획이다.
창원=임동식기자 dslim@etnews.com
