‘구리-그래핀’ 복합 잉크 개발, 10배 비싼 '은 잉크' 대체

기사입력 : 2018년08월16일 10:44

최종수정 : 2018년08월16일 10:44

전기硏, 고전도성·고신뢰성 구리-그래핀 복합 잉크 개발
세계 최초 액상합성법 통한 대량 생산
터치패널 등 유연 인쇄전극 분야 가격경쟁력 확보

[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 비싼 은(Ag) 잉크와 성능은 비슷하면서도 가격은 10분의 1 수준으로 낮춘 차세대 복합 잉크가 국내 연구진에 의해 개발됐다. 터치패널, 디스플레이 등 유연 인쇄전극 분야에서 안정적이면서도 가격 경쟁력을 확보할 수 있는 기술로 기대된다.

16일 한국전기연구원(KERI·원장 최규하)에 따르면 KERI 나노융합기술연구센터 이건웅·정희진 책임연구원은 꿈의 나노소재라고 불리는 그래핀을 구리에 합성해 가격은 낮추면서도 뛰어난 전기 전도성을 갖는 ‘구리-그래핀 복합 잉크’를 개발했다.

현재 시판되고 있는 전도성 잉크 소재 중에 가장 많이 사용되고 있는 소재는 귀금속계 계열인 은이다. 은은 전기 전도도가 높고 산화가 잘 되지 않는다는 장점이 있지만 비싼 단점이 있다. 이에 성능은 은과 유사하면서도 가격은 10배 저렴한 구리(Cu)가 대체 소재로 주목을 받아 왔다.

액상합성법으로 제조된 구리·그래핀 복합소재의 모식도 및 전자현미경 사진 2018.08.16 [자료=한국전기연구원]

하지만 구리는 은보다 녹는점이 높고 공기 중에 노출되면 표면에 쉽게 산화막이 형성되는 문제가 있다. 구리 입자 크기를 수십 나노미터로 줄이거나 표면에 은을 추가로 입혀 단점을 해결하기 위한 시도 등 산화막을 막는 여러 연구도 실제 상용화까지 이어지지 못했다. 그야말로 난제 중의 난제였던 것이다.

KERI 연구팀은 이를 해결할 목적으로 ‘그래핀’ 소재를 주목했다. 그래핀은 화학적 안정성이 뛰어나고 전기전도도 및 열전도도가 우수해 금속 소재의 산화 방지막으로 활용이 가능한 나노 소재다.

연구팀은 같은 구리라도 나노미터(10억분의 1미터) 크기가 아닌, 더 값싼 마이크론미터(100만분의 1미터) 크기의 상용 구리 입자를 사용해 가격 경쟁력을 높였다. 또 구리 입자 표면에 수층의 그래핀을 용액상에서 합성하는 ‘액상합성법’을 통해 대량 연속 공정의 기반을 구축했다.

제조된 구리-그래핀 복합성 잉크의 결정성은 매우 우수해 6개월 이상 안정적으로 유지될 정도로 산화 방지에 효과적이다.

연구팀은 이를 기반으로 분산성이 우수한 고점도 잉크를 제조하고 스크린 인쇄를 통해 해상도가 높은 패턴 막을 형성, 광열소성을 통해 은과 유사한 수준의 전기전도도를 구현함으로써 상용화 가능 기술을 확보했다.

광열소성(photothermal sintering)이란 대기중에서 1000분의 1초의 짧은 시간에 높은 에너지를 갖는 빛을 쏘여주면 이를 흡수해 열 에너지로 전환되면서 분말 입자들이 열적 활성화 과정을 거쳐 하나의 덩어리로 되는 현상이다.

특히 구리 입자의 크기, 광 에너지 및 패턴 두께의 조절을 통해 다양한 전기전도도를 갖는 패턴 전극을 확보해 폭넓은 응용 분야로 적용이 가능하게 됐다.

이건웅 책임연구원은 “구리표면에 수층의 그래핀을 합성하기 위해 세계 최초로 액상합성법을 적용, 많은 시행착오를 통해 구리-그래핀 표면형상을 제어하는 방법을 개발해 대량 연속공정 가능성을 확보했다”고 설명했다.

정희진 책임연구원은 “이번 성과는 구리 잉크의 산화에 의한 전기적 불안정성을 그래핀의 복합화를 통해 해결한 것”이라 밝히며 “더 저렴한 상용 구리 입자를 사용하고 양산성도 우수해 가격 경쟁력이 매우 높다”고 전했다.

연구팀은 개발된 성과가 향후 전자파차폐(EMI) 필름, 태양전지, 무선인식(RFID) 안테나, 연성인쇄 회로기판(flexible PCB) 및 웨어러블 신축 전극 등의 소재로 활용될 것으로 기대하고 있다.

◆ 연구자가 직접 전하는 ‘연구이야기’

연구책임자인 정희진 책임연구원(왼쪽)과 이건웅 책임연구원(오른쪽)이 구리-그래핀 복합 파우더와 잉크를 각각 들고 포즈를 취하고 있다. 2018.08.16. [사진=한국전기연구원]

- 이번 성과 무엇이 다른가?

▲고비용의 고온·진공 소성공정의 단점을 해결하기 위해 기존에는 구리 입자 크기를 수십 나노미터 수준으로 줄이거나 표면에 은을 추가적으로 입히는 방법을 사용했으나 이것 또한 고비용의 문제를 해결하기 어려웠다. 이번 개발기술은 마이크론 크기의 상용 구리입자 표면에 대량 연속 합성이 가능한 그래핀 복합화를 통해 가격경쟁력 및 전기적 불안정성을 동시에 해결했다.

- 어디에 쓸 수 있나.

▲전자파차폐 필름, 태양전지, RFID 안테나, 연성인쇄회로기판 및 웨어러블 신축전극 등의 소재로 활용 가능하다.

- 실용화까지 필요한 시간은.

▲기존 전도성 금속잉크 기반기술이 충분히 성숙해 있어 기술이전 시 2년내 실용화가 가능하다.

- 연구를 시작한 계기는.

▲환경신뢰성이 우수한 2차원 나노 소재인 그래핀의 다양한 연구를 진행하던 중, 복합화하면 구리 소재의 단점을 획기적으로 극복할 수 있을 것으로 판단해 시작했다.

- 에피소드가 있다면.

▲탄소나노소재를 전문적으로 연구하다보니 금속 나노소재에 대한 약간의 반감도 있었지만, 이번 연구를 통해 탄소나노소재와 금속 나노소재가 합쳐질 경우 시너지 효과가 있다는 것을 분명히 알게 됐다.

- 꼭 이루고 싶은 목표는.

▲기술이전을 통한 상용화로 RFID 안테나, 연성 인쇄회로기판 등의 제품에 적용시키는 세계 최초 기술로 발전시키고자 한다.

- 신진연구자를 위한 한마디.

▲분야가 다르더라도 지속적인 연구를 통해 자기가 갖고 있던 전문지식을 잘 활용한다면 독창적이고 창의적인 연구결과를 만들어낼 수 있을 것이다.

kimys@newspim.com

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법사위, 尹 서울구치소 CCTV 열람 [서울=뉴스핌] 배정원 기자 = 국회 법제사법위원회(법사위)는 1일 윤석열 전 대통령의 수감 중 특혜 제공 여부와 특검의 체포영장 집행 당시 서울구치소 폐쇄회로(CC)TV를 열람하기 위해 현장검증에 나섰다. 추미애 법사위원장과 더불어민주당, 조국혁신당 소속 법사위원들은 이날 오전 경기 의왕 서울구치소를 방문해 윤 전 대통령의 체포영장 집행 거부와 수감 특혜 의혹 등을 점검했다. 국민의힘 의원들은 전원 불참했다. [서울=뉴스핌] 배정원 기자 = 추미애 법사위원장과 더불어민주당, 조국혁신당 소속 법사위원들은 1일 오전 경기 의왕 서울구치소를 방문해 윤 전 대통령의 체포영장 집행 거부와 수감 특혜 의혹 등을 점검했다. 국민의힘 의원들은 전원 불참했다. 2025.09.01 jeongwon1026@newspim.com 김용민 의원은 "국민의힘은 오늘 현장검증이 '망신주기용'이자 인권 침해라고 주장하고 있는데 정작 중요한 검증 절차에는 참여하지 않고 뒤에서 정치적 언사만 하고 있다"며 국민의힘 의원 불참에 유감을 표했다. 김 의원은 "오늘 검증해야 할 사안은 대한민국 형사사법시스템에서 매우 중차대한 문제"라며 "전직 대통령이라는 이유로 구치소에서 편하게 지내고 있다는 국민적 의혹이 해소되지 않는 한 대한민국 사법시스템은 국민으로부터 신뢰받지 못할 것"이라며 현장검증의 필요성을 재차 강조했다. 전현희 의원도 "CCTV를 열람하는 것은 윤석열에 대한 망신주기 목적이 아니다. 중대 범죄자의 체포영장 거부라는 법치주의 파괴 행태와 구치소 측의 특혜는 없었는지를 눈으로 확인하기 위함이다"며 "법치주의를 바로세우고 헌정질서를 회복하는 과정의 일환인 현장검증에 국민의힘이 자리를 비운 것은 매우 유감"이라고 말했다. 추미애 위원장은 "윤 전 대통령은 내란 혐의로 수사를 받으면서 조금의 양심이라도 있다면 응당 책임을 져야 함에도 불구하고 법치를 무시하고 부끄러운 모습을 연출하는 등 수사방해를 일삼고 있다"며 "오늘 현장검증을 통해 특혜 및 수사방해 상황을 면밀히 살피고 수용규칙 위반 등 사실이 확인될 경우 관련 규정에 따라 후속조치를 취하겠다"고 강조했다. 그러면서 서울구치소 측에 8월 한달 간 윤 전 대통령의 변호인 접견 횟수와 구치소 내 변호인 접견방 개수, 변호인 접견 규정 일체 등의 자료를 요청했다. 박은정 조국혁신당 의원과 서영교 민주당 의원은 이명박·박근혜 전직 대통령의 변호인 접견 관련 자료와 윤 전 대통령의 총 접견 시간 및 인원 등 통계 자료를 요구했다. jeongwon1026@newspim.com 2025-09-01 11:08

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[변상문의 화랑담배] 제1회 산세타령 변상문의 '화랑담배'는 6·25전쟁 이야기이다. 6·25전쟁 때 희생된 모든 분에게 감사드리고, 그 위대한 희생을 기리기 위해 제목을 '화랑담배'로 정했다. [자료= 인공지능 AI 이미지] 판소리 춘향가에는 '산세타령'이라는 눈대목(가장 재미있는 부분 중 하나)이 있다. 방자가 춘향이에게 이몽룡의 사람됨을 각 지방 산세에 비유하며 설명하는 대목이다. 방자가 춘향이에게 "여보게 춘향이! 낭군을 얻으려면 뚜렷한 서울 양반 낭군을 얻지. 아, 어찌 시골 무지랭이를 얻으려는가?" 했다. 이에 춘향이가 "미친 녀석! 낭군도 시골 서울이 다르단 말이냐?"하며, 방자 말이 땅에 떨어지기도 전에 이불 개듯 개어 방자 귀에 쑤셔 넣었다. 방자는 "하믄 다르지야. 인걸은 지령이라. 사람이 하는 것은, 산세 따라 나는 법이여. 내가 우리 도련님 성품을 이를 테니 잘 들어 보소. 경상도 산세는 산이 웅장 허기로 사람이 나면 정직하고. 전라도 산세는 산이 촉(비옥함)하기로 사람이 나면 재주가 있고. 충청도 산세는 산이 순순하기로 사람이 나면 인정이 있고. 경기도 올라, 한양 터 보면 천운봉이 높고 백운대 섰다. 삼각산 세 가지 북주가 되고 인왕산이 주산이요, 종남산이 안산인디 동작이 수구를 막았기로, 사람이 나면 선할 때 선하고 악하기로 들면 별악지상(別惡之象)이라." 서울 남산 아래, 선할 때 선하지만 악하기로 들면 별악지상(別惡之象)인 땅. 그곳이 지금의 용산기지다. 이몽룡이 장원급제하고 남원골 춘향이를 만나러 간 길도 남대문-용산고-용산기지 23번 게이트-한강나루-남태령-과천 길이다. 용산은 용산구 효창공원 일대와 원효로 서쪽 일대 구릉지대를 말한다. 한강을 따라 서쪽으로 흐르는 구릉이 마치 용이 꿈틀대는 모습이어서 용산이라 불렀다. 대통령실이 들어선 국방부, 합참 지역의 구릉은 둔지산(屯之山)이다. 조선시대 때 직업군인 집단 거주 마을이 있었다. 이곳은 임진왜란 때는 일본군 병참기지로, 병자호란 때는 청나라군 후방지휘소였다. 임오군란 때는 흥선 대원군이 용산기지 캠프 코이너에서 청나라로 납치돼 갔다. 용산고 앞에서 청나라군과 조선군 간 치열한 전투가 벌어졌다. 1894년 7월 청일전쟁이 터졌다. 일본군 소장 오시마가 이끄는 8000여 명의 일본군이 용산기지에 주둔했다. 조선총독부, 조선주차군사령부가 용산기지에 터를 잡았다. 부대 정문은 용산역 맞은편 아모레 퍼시픽 건물과 용산우체국 사이로 난 길을 따라 200m 정도 들어가면 나오는 문이다. 어김없는 별악지상(別惡之象) 땅이었다. 1950년 6월 25일 01:00 용산기지 내 육군본부 상황실에 전화벨이 울렸다. 당직 장교 작전국 대위 조병운이 수화기를 들었다. "충성! 옹진반도 제17연대입니다. 현재 시간 국사봉 북쪽 능선으로 병력 미상의 북한군이 접근하고 있습니다" 03:00 또 전화벨이 울렸다. "충성! 문산 제1사단입니다. 북한군이 구화리에서 도하용 주정(舟艇)을 운반하고 있습니다" 03:30 또 전화벨이 울렸다. "충성! 의정부 제7사단입니다. 적 포탄이 전 진지에 떨어지고 있습니다" 창밖에는 태풍 엘시가 비를 뿌리고 있었다. 육군본부 정보국 당직 장교 중위 김종필은 정보국장 장도영 대령에게 "전 전선에서 북한군이 공격해 오고 있습니다. 전군에 비상을 내려야 합니다. 국장님께서 빨리 상황실로 오셔야겠습니다"라고 보고했다. 용산기지가 또다시 별악지상(別惡之象)의 땅이 되고 있었다. / 변상문 국방국악문화진흥회 이사장 2025-09-01 08:00