설승권(앞줄 왼쪽) 박사 연구팀이 맥신을 이용한 3D 프린팅용 잉크와 노즐을 들고 포즈를 취하고 있다. [한국전기연구원 제공]

한국전기연구원(KERI)은 설승권 스마트3D프린팅연구팀 박사 연구팀이 꿈의 신소재로 알려진 ‘맥신(MXene)’을 활용해 고해상도의 3D 미세 구조물을 인쇄하는 기술을 세계 최초로 개발했다고 10일 밝혔다.

2011년 미국에서 처음 발견된 맥신은 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(shield) 등 다양한 분야에서 크게 주목받고 있다.

하지만 맥신을 3D 프린팅 분야에 적용하려면 별도의 첨가제(바인더)가 필요하며, 인쇄에 맞게 최적의 잉크 점도(농도)로 조절해야 하는 어려움이 있었다. 즉 맥신의 공급량이 너무 많으면 고농도의 잉크가 피펫 노즐을 막는 문제가 발생했고, 반대로 양을 크게 줄이면 원하는 구조물을 충분히 인쇄하는 데 한계가 나타났던 것이다. 첨가제로 인해 맥신 본래의 성질이 손상된다는 단점도 있었다.

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

이번 연구 결과는 재료 분야 국제 학술지 ‘스몰(Small)’ 표지논문으로 최근 선정됐다. 전기연는 개발 기술의 사업화를 위해 수요 업체를 적극 발굴한다는 계획이다. 구본혁 기자