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0.001㎜ 수준의 초미세 무늬를 찍어내는 3D 프린팅 기술이 개발됐다. 이는 현재 세계 최고 수준 해상도로 적혈구보다 작은 구조도 프린팅 할 수 있다.
박장웅 유니스트(UNIST·울산과학기술대학교) 신소재공학부 교수팀은 ‘웨어러블 전자회로용 상온 고해상도 3D 프린팅 기술’을 개발해 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials) 23일자 온라인 판에 개제했다고 밝혔다.
유니스트에 따르면 3D 프린팅은 미래 유망 기술로 주목받고 있지만 전자회로 분야에 적용하기는 어려웠다. 기존 3D 프린터의 해상도가 낮아 0.1~0.01㎜ 이하 수준의 미세 가공이 불가능했기 때문이다. 또 3D 프린팅 공정이 고온에서 진행되기 때문에 금속이나 반도체 등 전자회로용 재료를 소화할 수 없었다.
박 교수팀이 이번에 개발한 3D e-jet 프린팅(3D electrohydrodynamic inkjet printing) 기술은 이런 한계를 모두 극복했다.
우선 3D 프린터의 해상도를 0.001㎜ 수준까지 높였다. 3D e-jet 프린팅 장비는 미세 노즐에서 분사된 잉크 방울이 기판에 닿기 전에 마르도록 설계됐다. 이 덕분에 인쇄된 잉크가 기판에 퍼지지 않고 차곡차곡 쌓인다. 이런 방식으로 수백 나노미터(㎚) 수준의 3차원 패턴을 구현할 수 있다. 두께가 적혈구 하나보다 작은 미세한 기둥까지 만들 수 있는 수준이다.
또 프린팅이 상온에서 이뤄져 활용할 수 있는 재료의 폭도 넓어졌다. 기존 3D 프린터는 고온 공정이 필요해 100℃에서 쉽게 녹는 플라스틱 기판을 사용할 수 없었다. 하지만 이번 기술은 상온에서 작동 가능해 섬유나 플라스틱 기판 위에 3차원 전자회로를 인쇄할 수 있다. 피부에 부착 가능한 웨어러블 전자회로 제작도 가능하다.
이번 연구의 공동 1저자인 안병완 석·박사통합과정 연구원은 “이 기술로 만든 3차원 구조는 변형이 일어나도 견딜 수 있다”며 “사람의 손등이나 곡면에 붙일 수 있는 웨어러블 전자회로에 활용할 수 있다”고 말했다.
또 다른 1저자로 이번 연구를 진행한 김국주 박사는 “이번 기술로 다양한 기능성 물질의 고해상도 3차원 구조 제작이 가능하게 됐다”며 “단순한 프린팅 공정만으로 고집적화된 다양한 플렉서블 전자회로들을 만들 수 있다”고 설명했다.
박장웅 교수는 “기존 반도체 공정 등에서 미세 패턴을 제작하던 방식으로 구현하기 어려웠던 3D 패턴을 고해상도로 제작할 수 있는 기술”이라며 “이번 연구로 3D 프린팅 및 웨어러블 전자기기 연구 분야에 새로운 패러다임을 제시했다”라고 밝혔다.
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