인쇄 전자 기술(Printed Electronics Technology)은 전통적인 인쇄 기술을 사용하여 전자 디바이스와 시스템을 제조하는 과학 및 기술에 속한다. 인쇄 전자 기술을 사용하여 제조한 전자 디바이스는 전통적인 실리콘 베이스 마이크로 전자 제조 기술에 비해 면적이 크고, 플렉시블화를 실현할 수 있는 동시에 원가가 저렴한 강점을 보유하고 있다. 인쇄 전자 기술은 일종 효율적이고 신속하며 환경 친화적인 제조 방법으로서 최근 년간 재료, 전자, 제조 분야 이슈로 부상한 상황이다.
중국과학원 닝보(寧波) 재료 기술 및 공정 연구소 쑹워이졔(宋偉杰) 연구원 연구팀은 최근 은 나노 재료(Silver nanomaterials)를 연구 대상으로 선정하여 은 나노 입자와 은 나노 와이어 유형 인쇄 잉크를 제어 가능하게 개발하는데 성공하였으며 인쇄 전자, 혼합 스핀 코팅(Blend spin coating) 등 막 형성 기술을 이용하여 각 종 유형 기판에 기반한 전기 전도 박막을 개발하는데 성공하여 이슈가 되고 있다.
연구팀은 환경 친화적이고, 색상이 없으며, 투명하고, 물질 특성이 안정적인 무 입자 타입의 유기 은 전구물질 잉크 개발 작업을 실행하였다. 연구팀은 잉크젯 인쇄 기술을 이용하여 전기 저항 비율이 3.1μΩ cm 수준에 도달하는 전자 회로를 개발하였으며 잉크젯 인쇄 방법으로 태양전지 은 게이트 라인(Silver gate line)을 개발하였다. 연구팀은 이번에 개발한 방법을 이용하여 도형 및 폭 두께를 제어할 수 있는 은 전자 회로 제조를 실현하였으며 생산성을 대폭 향상시키고 은 사용량을 감소시켰으며 디바이스 제조 원가를 감소시키는데 성공하였다.
연구팀의 관련 연구 성과는 SCI저널인 `Applied Surface Science`에 게재되었다(Applied Surface Science, 2012, 258(19)). 연구팀은 관련 연구개발 성과에 기반하여 중국 ‘국가 발명 특허’ 2건을 신청하였는데(7384, 102286226A) 그 중 한 건은 이미 특허권을 취득(102286226A)한 상황이다.
연구팀은 간편한 방법을 이용하여 신속하고 대량적으로 은 나노 입자를 제조하는데 성공하였다. 은 입자는 고체 상태로 저장되고 변질되지 않는 특징을 보유하고 있다. 연구팀은 그린적이고 환경친화적인 물 용액에 대한 분산을 통해 성능이 안정적인 은 입자 잉크를 개발하였으며 잉크 속 은 입자의 안정적인 메커니즘에 대한 연구를 실행하였다.
연구팀은 잉크젯 프린터를 이용하여 플라스틱, 종이 등 플렉시블 기판 상에서 접착력이 강하고, 전기 전도 비율이 높은 LED 회로, RFID 태그(tag), 전자기파 차폐소재(Electromagnetic shielding materials) 등을 개발하였다. 동시에 연구팀은 실온 화학 소결(Sintering)의 입자 개발 타당성에 대한 연구를 실행하였다.
연구팀의 관련 연구 성과는 관련 학술 논문으로 정리되어 유명 학술지에 발표되었다(Nanoscale, 2014, 6(3), 1622，Materials Chemistry and Physics, 2014,147(3), 550，Materials Letters, 2014, 123, 124). 연구팀은 관련 연구개발 성과에 기반하여 2건의 중국 ‘국가 발명 특허권’을 취득한 상황이다(102827509A, 102816462A).
연구팀은 온화하고 환경 친화적인 합성 방법을 사용하여 다양한 종횡비(Aspect ratio)를 보유하고 분포가 균일한 은 나노 와이어를 개발하는데 성공한 동시에 고체 형태로 보존하고 사용이 필요할 경우 분산을 실행할 수 있도록 하였다. 연구팀은 PET, PI 및 셀룰로오스(Cellulose) 등 고분자를 기판으로 하여 투과 비율이 높고, 전기 저항 수준이 낮은 2차원 및 3차원 투명 전기 전도 박막을 개발하였는데 이런 박막은 이상적인 굴곡 저항 성능을 보유하고 있는 것으로 나타났다.
연구팀이 개발한 박막은 고성능 전기 가열 분야에서 사용할 수 있으며 양호한 디포그 가열 기능(Defogging heating function)안개 제거(Demisting)을 실현할 수 있는 것으로 나타났다. 셀룰로오스(Cellulose)를 기판으로 하는 박막은 더욱 뚜렷한 환경 친화 및 분해 가능 특징을 보유하고 있기 때문에 미래 직접 접촉 피부 유형 웨어러블(Wearable) 설비의 선택으로 될 수 있을 것으로 전망된다. 연구팀의 관련 연구 성과는 `머터리얼스 레터스(Materials Letters)` 등 학술지에 게재되었다.
은 나노 와이어 박막은 우수한 광 전기 특성과 플렉시블 특성을 보유하고 있다. 하지만 단순한 은 나노 와이어 박막의 표면 거칠기(Surface roughness) 정도가 비교적 크고 기판의 부착력(Adhesion)이 취약한 상황이다. 연구팀은 마그네트론 스퍼터링(Magnetron Sputtering) 및 스핀 코팅 방법, 롤 코팅 방법을 결합하여 PET, PI의 플렉시블 기판 상에서 금속 산화물/은 나노 와이어/금속 산화물 샌드위치 구조 복합 박막을 개발하였으며 박막의 굽힘 저항 성능과 내후성을 한층 더 증가시켰다. 연구팀이 개발한 복합 박막은 플렉시블 전자 디바이스, 에너지 저장 및 태양전지 디바이스 분야에 응용될 수 있을 것으로 전망된다.
연구팀의 관련 연구 성과는 유명 학술지들에 발표되었다(Journal of Materials Chemistry C, 2014, 2(19), 3750，ACS applied materials & interfaces, 2015, 7(7): 4299). 연구팀은 관련 연구개발 성과에 기반하여 2건의 중국 ‘국가 발명 특허’를 신청한 상황이다(103730195A，103730194A).
이번 연구는 국가자연과학기금위원회, 저장성(浙江省) 자연과학기금위원회 및 닝보시(寧波市) 자연과학기금위원회의 관련 ‘과학연구 프로젝트’ 비용 지원을 받아 추진되었다.
그림 1. 나노 은 입자 및 인쇄 회로
그림 2. PET상 다양한 밀도의 은 나노 와이어
그림 3. 금속 산화물/은 나노 와이어/금속 산화물 복합 박막
KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-04-15
