 ▲ front cover image / 교통대 제공 © |
[충북넷=양영미 기자] 한국교통대학교(총장 박준훈)는 한국교통대 에너지소재공학 정용진 교수, 나노화학소재공학 안태규 교수, 인인식 교수, 영남대 화학공학부 김세현 교수 공동 연구팀이 유기용매에 분산된 2차원구조의 MXene(맥신) 잉크를 제조하는데 성공했다고 밝혔다.
이 차세대 인쇄전자 소자에 사용할 수 있는 고성능 전극 소재인 ‘맥신 잉크’는 높은 분산성과 전도도 덕분에 세계 최초로 인쇄 공정을 통한 맥신 전극을 프린팅하는데 성공했으며, 프린팅한 전극을 활용해 우수한 성능의 전자소자 및 논리회로를 구현해냈다.
맥신은 우수한 전기 전도도를 가지고 있는 2차원의 나노 판상 물질이다. 맥신의 전기적 특성으로 에너지 저장소자나 전자기 차폐, 센서 등에 사용되고 있는 차세대 신물질 중 대표적인 물질이라고 할 수 있다.
맥신의 표면은 친수성 특성을 띠고 있어 주로 물에서만 안정적으로 분산되어 그 쓰임새에 한계를 가지고 있다. 그로 인해 다양한 전자 소자 제작이 어려웠다. 이를 보완하기 위해 고분자 안정화제나 계면활성제 등을 이용하고 있지만, 이런 유기물의 사용은 맥신을 코팅한 다음 잔류물을 제거하기 어려우며, 맥신의 우수한 전기적 특성을 저하시키는 문제점이 있다.
이번 맥신 연구 분야에서는 맥신의 전기적 특성이 떨어지지 않으면서도 물 이외의 유기용매에 맥신을 안정적으로 분산시키는 기술을 개발하는 것이 핵심 기술로 주목 받는다.
한국교통대-영남대 공동 연구 그룹은 인쇄전자 분야에서 주로 쓰이는 알콜계열 용매에 높은 분산성을 가질 수 있는 맥신의 표면처리 기술을 개발하여 기존 기술의 한계로 지적 받아온 맥신의 전기전도도 저해 문제를 완전하게 해결했다.
맥신을 트리플루오로아세트산 처리를 통해 기존 맥신의 에칭 잔존물인 불화알루미늄을 효과적으로 제거하고 맥신의 표면작용기를 재구성했다.
전도도를 개선하며 유기 용매에 대한 맥신의 분산성을 높여 전기수력학 프린팅 공정을 통해서 대면적의 균일한 전극으로 패터닝할 수 있었으며 논리회로에까지 적용할 수 있었다.
현재 맥신잉크의 점도를 스크린 프린팅, 롤투롤 공정에 맞게 높이지 못했고 산화안정성도 극복해야할 문제로 고려해야 하는 부분이 있지만 연구를 통해 개발한 맥신 분산 기술과 인쇄전자 기술은 플렉시블 디스플레이, 웨어러블 전자제품을 상용화 하는데 크게 기여할 것으로 연구진은 기대하고 있다.
 ▲ 왼쪽부터 정용진 교수, 안태규 교수, 안인식 교수, 김세현 교수 / 교통대 제공 ©양영미 기자 |
한편, 과학기술정보통신부(또는 교육부)와 한국연구재단이 추진하는 중견연구, 생애첫연구, 중점연구소의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials, IF = 18.808)’표지논문으로 7월 16일 게재되었다.
