유기용매에 분산된 2차원 구조의 ‘맥신(MXene) 잉크’를 제조하는데 성공한 것.
이번에 개발한 맥신 잉크는 높은 분산성과 전도도로 인해 인쇄 공정을 통한 맥신 전극을 프린팅하는 데 세계 최초로 성공했으며, 프린팅 한 전극을 활용해 우수한 성능의 전자소자 및 논리회로를 구현해냈다.
이번 연구 성과가 플렉시블 디스플레이나 웨어러블 전자기기 등 차세대 전자제품의 상용화에 기여할 수 있을 것으로 기대돼 학계와 산업계로부터 주목받고 있다.
김 교수 연구팀이 한국교통대와 공동으로 진행한 이번 연구 논문은 재료과학 분야 국제학술지 <어드밴스드 펑셔널 머티리얼스>(Advanced Functional Materials, 영향력지수(IF) 18.808)’ 표지논문으로 선정돼 지난 7월호에 게재됐다.
이번 연구에는 영남대 화학공학부 탕시아우(30·Tang Xiaowu) 연구교수가 제1저자로, 대학원 화학공학과 오선무(27·석박사통합과정 2기)씨가 공동저자, 김세현 교수가 교신저자로 참여했다.
맥신은 우수한 전기 전도도를 가지고 있는 2차원의 나노 판상 물질이다.
맥신은 소재가 가진 전기적 특성으로 인해 에너지 저장소자나 전자기 차폐, 센서 등에 사용되고 있는 차세대 신소재 중 대표적인 물질이다.
맥신의 표면은 친수성 특성을 띠고 있어 주로 물에서만 안정적으로 분산돼 그 쓰임새에 한계를 가지고 있다.
그로 인해 다양한 전자 소자 제작이 어렵다.
이러한 맥신의 분산성을 해결하기 위해 고분자 안정화제나 계면활성제 등을 이용하고 있다.
하지만 이런 유기물을 사용하게 되면 맥신을 코팅한 다음 잔류물을 제거하기 어려우며, 맥신의 우수한 전기적 특성을 저하시키는 문제점이 있다.
맥신 연구 분야에서는 맥신의 전기적 특성이 떨어지지 않으면서도 물 이외의 유기용매에 맥신을 안정적으로 분산시키는 기술을 개발하는 것이 핵심 기술로 주목 받고 있다.
이번에 영남대와 한국교통대 공동 연구팀은 인쇄전자 분야에서 주로 쓰이는 알콜계열 용매에 높은 분산성을 가질 수 있는 맥신의 표면처리 기술을 개발해 기존 기술의 한계로 지적 받아온 맥신의 전기전도도 저하 문제를 완전하게 해결했다.
연구팀은 “맥신에 트리플루오로아세트산 처리를 통해 기존 맥신의 에칭 잔존물인 불화알루미늄을 효과적으로 제거하고 맥신의 표면작용기를 재구성했다”면서 “전도도가 개선됐으며 유기용매에 맥신을 안정적으로 분산시켜, 전기수력학 프린팅 공정을 통해 대면적의 균일한 전극으로 패터닝 할 수 있었으며 논리회로에까지 적용할 수 있었다”고 연구 성과를 밝혔다.
연구팀을 이끈 김세현 교수는 “아직 맥신 잉크의 점도를 스크린 프린팅(Screen Printing)이나 롤투롤 공정(Roll-to-roll Processing)에 맞게 높이지 못했고 산화안정성 등 극복해야할 문제가 남았지만, 이번에 개발한 맥신 분산 기술과 인쇄전자 기술이 플렉시블 디스플레이나 웨어러블 전자기기를 상용화 하는데 크게 기여할 것이라고 기대한다”고 말했다.
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