[더테크 이지영 기자]  국내 연구진이 꿈의 신소재로 불리는 '맥신'으로 머리카락 굵기 1/100 수준의 해당도를 달성했다.

한국전기연구원(KERI) 스마트3D프린팅연구팀의 설승권 박사팀이 꿈의 신소재로 알려진 맥신을 활용해 고해상도의 3D 미세 구조물을 인쇄하는 기술을 세계 최초로 개발했다고 7일 밝혔다.

맥신은 2011년 미국에서 처음 발견된 금속층과 탄소층이 교대로 쌓인 2차원 나노 물질이다. 맥신은 높은 전기 전도성과 전자파 차단 능력을 보유하고 있고, 여러 금속 화학물과의 조합이 용이한 특성이 있어 고효율 배터리나 전자기 차폐 등 다양한 분야에서 크게 주목받고 있다.

설승권 박사팀은 독자적으로 보유한 ‘메니스커스’ 방식을 활용했다. 메니스커스는 물방울 등을 일정 압력으로 지그시 누르거나 당기면 모세관 현상에 의해 물방울이 터지지 않으면서 외벽에 곡면이 형성되는 현상이다. KERI 연구진은 높은 친수성을 보유한 맥신을 바인더 없이 물에 분산시켜 낮은 점도로도 고해상도 미세 구조물을 인쇄할 수 있는 3D 프린팅용 나노 잉크를 제조하는 데 성공했다.

이번 성과는 첨가제 없이 맥신의 특성을 최대한 활용한 방법으로, 결과물도 뛰어났다. 인쇄 해상도는 기존 기술 대비 무려 270배나 높은 1.3㎛(마이크로미터)로, 머리카락 굵기의 약 1/100 수준이다.

3D 인쇄 구조물의 미세화를 통해 전기·전자 소자의 성능과 활용성도 대폭 커졌다. 배터리 등 에너지 저장 장치 분야에 활용되면, 구조물의 표면적과 집적도를 높여 이온 전달 효율을 극대화하고, 에너지 밀도를 증대시킬 수 있다. 전자기 차폐에서는 내부의 다중 반사와 흡수 효과를 증폭하여 성능을 향상 시킬 수 있다. 그 외에 다양한 센서를 제작할 때도 민감도 증대 및 효율 향상 등을 기대할 수 있다.

설승권 박사는 “맥신 잉크의 농도 조건을 최적화하고, 인쇄 공정에서 발생할 수 있는 다양한 매개변수들을 정밀 분석하는 데 많은 노력을 기울였다”라고 밝히며 “우리의 기술은 별도의 첨가제나 후처리 공정 없이도 맥신의 장점을 살려 고강도·고정밀 3D 마이크로 구조물을 얻을 수 있는 세계 최초의 성과”라고 전했다.

이번 연구 결과는 높은 평가를 받아 독일 와일리 출판사의 재료분야 세계적 학술지인 ‘스몰’ 표지논문으로 최근 선정됐다.