경북대, 저비용 고성능 전도성 잉크 개발

경북대와 국방과학연구소 공동연구팀이 가격은 낮추고 산화 문제는 개선한 구리·은 기반 전도성 잉크를 개발했다.경북대 금속재료공학과 민유호·박귀일 교수팀은 국방과학연구소 정경진 박사팀과 함께 구리(Cu) 플레이크 표면에 약 20나노미터 두께의 은(Ag) 쉘을 입힌 '구리-은(Cu@Ag) 코어-쉘 플레이크 기반 전도성 잉크'를 개발했다고 2일 밝혔다.최근 웨어러블 전자기기와 유연 전자소자 시장이 확대되면서 높은 전기전도도와 기계적 유연성, 열안정성을 갖춘 인쇄형 전극 소재 수요가 증가하고 있다. 기존 은 기반 전극은 성능이 우수하지만 가격이 높고, 구리 기반 전극은 저렴하지만 공기 중 산화가 쉽게 발생해 활용에 한계가 있었다.연구팀은 구리 표면 전체를 얇은 은층으로 감싸는 코어-쉘 구조를 적용해 이러한 문제를 해결했다. 착화 반응을 이용해 은 이온의 성장 과정을 정밀하게 제어함으로써 구리 표면을 균일하게 보호하는 은 쉘을 형성하는 데 성공했다.개발된 전도성 잉크는 인쇄 공정에 적합한 분산성과 코팅성을 갖췄으며, 이를 활용해 제작한 전극은 약 15마이크로미터 두께에서도 낮은 전기 저항을 나타냈다. 또한 150℃와 200℃의 고온 환경에서도 전도성이 안정적으로 유지됐고, 한 달 이상 보관 후에도 성능 저하가 거의 없는 것으로 확인됐다.연구팀은 해당 전극을 유연 에너지 저장 커패시터에 적용해 실제 소자 구현 가능성도 검증했다. 제작된 소자는 반복적인 충·방전과 굽힘 시험에서도 안정적인 성능을 유지하며 차세대 웨어러블 전자기기와 유연 에너지 저장장치 분야 적용 가능성을 보여줬다.민유호 교수는 "이번에 개발한 전도성 잉크는 전도성과 열안정성, 인쇄성, 저장 안정성을 동시에 확보한 소재"라며 "웨어러블 전자기기와 유연 에너지 저장소자용 전극 소재로 활용될 것으로 기대한다"고 말했다.이번 연구 결과는 화학공학 및 소재 분야 국제학술지인 '케미컬 엔지니어링 저널' 5월 13일자 온라인판에 게재됐다.