액상합성법으로 제조된 구리·그래핀 복합소재의 모식도(좌) 전자현미경 사진(우) [전기연 제공]

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[헤럴드경제=이정아 기자] 국내 연구진이 전자기기의 배선·회로·전극으로 사용되는 비싼 은(Ag) 잉크와 성능은 비슷하면서 가격은 1/10 수준의 '차세대 복합 잉크'를 개발해 상용화를 눈앞에 앞두고 있다.

이는 대일 수입의존도가 높은 소재인 '전도성 금속잉크'의 대체기술이어서 소재 산업의 국산화에 한발 더 나아갔다는 평가다.

한국전기연구원은 나노융합연구센터 이건웅·정희진 박사 연구팀이 그래핀을 구리에 합성해 저렴하면서도 전기 전도성이 우수한 '구리-그래핀 복합 잉크'를 개발, 해당 기술을 최근 국내 업체에 기술이전 했다고 3일 밝혔다.

현재 시판되고 있는 전도성 잉크 소재 중에 가장 많이 사용되고 있는 소재는 귀금속 계열인 은이다. 은은 전기 전도도가 높고 산화가 잘 되지 않는 장점이 있지만, 가격이 비싸다는 단점이 있다. 특히 고품질 은 잉크의 경우 높은 수준의 기술력이 필요하다 보니 그동안 일본 수입의존도가 높았다.

이런 이유로 그동안 국내외 연구진은 구리 입자 크기를 수십 나노미터로 줄이거나 표면에 은을 추가로 입히는 등 방법으로 전도성 금속잉크를 대체하는 연구결과를 발표해왔지만, 비용이 많이 들거나 다시 산화막이 형성되는 문제가 발생해 실제 상용화까지 이어지지는 못했다.

이에 연구팀은 화학적 안정성이 뛰어나고 전기 전도도와 열 전도도가 우수해 금속 소재의 산화 방지막으로 활용이 가능한 그래핀에 주목했다.

연구팀은 그래핀과 구리 입자의 단순한 혼합방식이 아닌, 구리 입자 표면에 여러 층으로 이뤄진 고결정성의 그래핀을 용액상에서 직접 합성하는 '액상합성법'을 처음으로 시도했다. 이 방법으로 제조된 구리-그래핀 복합 입자의 결정성은 매우 우수해 6개월 이상 안정적으로 구리의 산화를 막아냈다.

특히 연구팀은 나노 크기가 아닌 보다 값싼 마이크론 크기의 상용 구리 입자를 사용해 가격 경쟁력도 높였다. 아울러 구리 입자의 크기, 광 에너지 및 패턴 두께의 조절을 통해 다양한 전기전도도를 갖는 패턴 전극을 확보해 폭넓은 응용 분야로 적용할 수 있게 됐다.

전기연은 해당 기술을 금속소재 및 잉크 제조 전문기업인 대성금속에 기술이전했다. 선급기술이전료는 5억5000만원이고, 이 기술을 통해 발생하는 총 매출의 1.5%를 경상기술료로 지급받는 조건이다.

대성금속은 해당 기술을 우선적으로 디스플레이와 모바일 기기의 배선전극에 적용해 조기 상용화를 달성하고, 추후 자동차 전장 부품과 배터리 분야로 확장한다는 계획이다.

dsun@heraldcorp.com

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