스스로 코팅되는 액체금속… 차세대 초신축 전극 활용 가능성 실마리


침염현상 이용해 재현성있는 코팅 공정 및 패터닝 방법 개발


액체금속이 복잡한 공정 없이 자발적으로 코팅되는 기술이 국내연구진에 의해 개발됐습니다.

한국연구재단은 구형준 교수(제1저자 김지혜/김수영, 서울과학기술대학교) 연구팀과 소주희 수석연구원(한국생산기술연구원)이 웨어러블 전자소자의 전극물질로 사용되는 액체금속의 자발적이고 제어 가능한 코팅 기술을 개발했다고 밝혔습니다.

액체처럼 흐르는 성질을 갖고 있는 액체금속은 전도성도 금속만큼 높기 때문에 최근 유연 전자소자 분야에서 활발히 연구되고 있는 물질입니다. 대표적인 액체금속으로는 수은이 있지만 독성이 강해, 갈륨계 액체금속이 대체물질로 주목받아 왔다. 그러나 갈륨계 액체금속 역시, 액체 상태가 갖는 불안정성과 높은 표면장력으로 인해 대면적 코팅이나 패터닝을 위해서는 기계적 또는 전기화학적 힘과 같은 외부의 힘이 필요합니다.

액체금속의 자발적인 젖음 현상

이에 연구팀은 갈륨계 액체금속이 다른 금속과 합금을 형성하기 쉽고, 액체가 미세구조를 따라 흡수되는 침염현상이 가능하다는 점에 착안해, 신속하고 재현성있는 액체금속의 코팅 및 패터닝 방법을 모색했습니다.

액체가 흡수될 수 있도록 수십 마이크로미터 크기의 미세한 원기둥이 배열된 기판을 제작해 그 위에 구리를 증착한 후, 액체금속 방울을 올려놓고 염산 증기에 노출시켰다. 그러자 액체금속이 외부의 힘없이도 자발적으로 미세 마이크로 구조를 따라 빠르게 퍼지며 평평한 코팅 막을 형성하는 것을 관찰할 수 있었습니다.

(좌)액체금속의 자발적이고 선택적인 젖음 현상 (우)인장에 따른 액체금속 코팅 필름과 구리필름의 저항 변화 비교

연구팀은 액체금속의 침염현상이 특정 조건에서 발현됨을 수학적으로 유도해 실험으로 뒷받침했으며, 이러한 수치 해석을 통해 금속 표면에서의 액체금속 젖음 현상에 적용 가능한 이론적 토대를 마련했습니다. 개발된 코팅 공정을 통해 제작된 액체금속 전극은 안정적인 전기전도도를 보이며 신축 전극으로써의 활용 가능함을 시사했고, 또한, 액체금속 박막의 두께 및 퍼지는 패턴을 원하는 대로 제어할 수 있다는 점에서 액체금속이 보다 다양하게 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.

연구팀은 이번 연구 성과에 대해 “간단하면서도 재현성이 높아 다양한 분야에서 액체금속을 더 적극적으로 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다”며 “지속적인 연구를 통해 액체 금속 유동 제어와 관련한 선두 기술을 확보해 나갈 것”이라고 밝혔습니다.

이번 연구의 성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 8월 13일 게재되었습니다.

< 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 재도약연구 및 교육부와 한국연구재단이 추진하는 대학중점연구소 사업 등의 지원으로 수행되었습니다. >

출처 : 한국연구재단


 

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