한국전기연구원(이하 KERI) 나노융합기술연구센터는 꿈의 나노소재라고 불리는 ‘그래핀’을 구리에 합성해 가격은 낮추면서도 뛰어난 전기 전도성을 갖는 ‘구리-그래핀 복합 잉크’를 개발했다고 16일 밝혔다.
현재 시판되고 있는 전도성 잉크 소재 중 가장 많이 사용되고 있는 귀금속계 계열인 ‘은’은 전기 전도도가 높고 산화가 잘되지 않는다는 장점이 있지만 가격이 매우 높다. 이에 성능은 은과 유사하면서도 가격은 10배 저렴한 구리(Cu, Copper)가 대체 소재로 주목을 받아 왔다.
KERI 나노융합기술연구센터 책임연구원 이건웅, 정희진 연구팀은 이를 해결할 목적으로 ‘그래핀’ 소재를 주목했다. 그래핀은 화학적 안정성이 뛰어나고 전기전도도 및 열전도도가 우수해 금속 소재의 산화 방지막으로 활용이 가능한 나노 소재다.
연구팀은 같은 구리라도 나노 크기가 아닌 보다 값싼 마이크론 크기의 상용 구리 입자를 사용해 가격 경쟁력을 높였고, 구리 입자 표면에 수층의 그래핀을 용액상에서 합성하는 ‘액상합성법’을 통해 대량 연속 공정의 기반을 구축했다.
연구팀은 이를 기반으로 분산성이 우수한 고점도 잉크를 제조하고 스크린 인쇄를 통해 해상도가 높은 패턴 막을 형성했고, 광열소성을 통해 은과 유사한 수준의 전기전도도를 구현함으로써 상용화 가능 기술을 확보했다.
특히 구리 입자의 크기, 광 에너지 및 패턴 두께의 조절을 통해 다양한 전기전도도를 갖는 패턴 전극을 확보해 폭넓은 응용 분야로 적용이 가능하게 됐다.
연구책임자인 이건웅 책임연구원은 “구리표면에 수층의 그래핀을 합성하기 위해 세계최초로 액상합성법을 적용했고, 많은 시행착오를 통해 구리-그래핀 표면형상을 제어하는 방법을 개발해 대량 연속공정 가능성을 확보했다”고 설명했다.
