日의존 銀잉크 대체할 '구리-그래핀 잉크' 개발

전기연, 전도성 금속잉크 대체기술 개발해 국내기업 이전


[아이뉴스24 최상국 기자] 한국전기연구원(원장 최규하)이 구리와 그래핀을 합성한 전도성 잉크 개발에 성공했다고 3일 발표했다.

일본 수입의존이 높았던 은(銀) 잉크를 대체하면서 가격을 10분의1로 낮출 수 있는 신소재로, 대량생산 기술까지 개발해 국내 기업에 이전을 완료했다.

전도성 잉크는 전자기기의 배선 및 회로, 패턴 전극을 형성하는 핵심 소재다. 현재 사용되고 있는 은(Ag) 잉크는 비싼 귀금속 계열 소재로 이를 구리, 니켈, 철 등의 값싼 재료로 대체하기 위한 연구가 활발하다. 또한 고품질 은 잉크는 일본 수입의존도가 높아 대체 소재 발굴 및 국산화가 요구되고 있다.

전기연 나노융합연구센터 이건웅·정희진 박사팀은 값싼 구리에 그래핀을 합성함으로써, 공기중에 산화되기 쉬운 구리의 약점을 보완하면서 뛰어난 전기전도성을 가진 물질을 합성하는 데 성공했다. 구리는 은과 유사한 전도성을 갖고 가격은 열 배나 저렴하지만 공기 중에 노출되면 표면에 산화막이 쉽게 형성되는 치명적인 약점 때문에 전도성 잉크로 개발하기 힘들었다.

연구팀은 특히 그래핀과 구리 입자의 단순한 혼합방식이 아닌, 구리 입자 표면에 여러 층으로 이루어진 고결정성의 그래핀을 용액상에서 직접 합성할 수 있는 ‘액상합성법’을 통해 구리/그래핀 복합 입자를 대량으로 연속 생산할 수 있는 공정을 개발했다. 이를 통해 잉크 및 전극 제조 시 발생할 수 있는 그래핀 탈착 현상을 방지해 6개월이 넘는 기간 동안 안정적으로 구리의 산화를 막을 수 있었다.

구리·그래핀 복합소재 기반의 고점도 잉크와 이를 이용해 인쇄된 패턴사진 및 소성 후 고온/고습 환경에서의 전기적 특성 변화실험 결과 [KERI]

전기연은 이 기술을 금속소재 및 잉크 제조 전문기업인 대성금속(대표 노윤구)에 착수기술료 5억5천만원, 경상기술료 1.5%의 조건으로 이전했다. 대성금속은 현재 월 1톤 규모의 파일럿 설비를 구축했으며 내년 1분기에 이를 월10톤 규모로 확대할 예정이다.

대성금속은 디스플레이 및 모바일 기기의 배선전극에 우선 적용해 조기 상용화를 달성하고, 향후에는 자동차 전장 부품 및 배터리 분야로 확장해 관련 기술 분야를 선도한다는 목표다.

최규하 한국전기연구원 원장(왼쪽 2번째)과 대성금속 노윤구 대표(왼쪽 3번째)가 기술이전 협약식을 갖고 기념촬영을 하고 있다. [KERI]

노윤구 대표는 “은을 대체한 구리/그래핀 복합 소재를 사용하면 가격 경쟁력이 매우 높아 다양한 제품을 만들고 테스트할 수 있어 기업 성장에 큰 도움이 될 것"이라고 전했다.

연구개발자인 이건웅 박사는 “이번 연구는 구리 잉크의 산화에 의한 전기적 불안정성을 그래핀의 복합화를 통해 획기적으로 해결한 기술로, 전도성 잉크 소재 분야의 대일 의존을 탈피하고 기술 자립을 가능하게 했다"고 밝혔다.

최상국기자 skchoi@inews24.com

관련기사


포토뉴스