화섬정보 7. 22

전자섬유용 전도성 섬유소재를 개발하기 위한 방법의 하나로 다양한 전도성 잉크를 활용한 잉크젯 프린팅 기법이 소개되고 있음.

최근 Manchester 대학을 비롯한 기타 연구기관들은 웨어러블 전자섬유 응용 분야를 위한 전도성이 높은 그래핀-은나노 입자 기반 복합 잉크의 잉크젯 인쇄에 대한 연구를 활발히 진행하고 있음. 

(Manchester대학의 그래핀-은나노 복합 잉크를 활용한 잉크젯 프린팅 예시)

잉크젯 프린팅은 재료 손실 최소화, 디지털 및 적층 패터닝, 제한된 양의 재료 증착, 호환성 등 기존 기술에 비해 많은 장점으로 인해 유연하고 착용 가능한 웨어러블 스마트 디바이스를 제조하는 가장 효과적인 방법의 하나로 소개되고 있음.

전도성 잉크 제조에 다양한 전도성 입자 등이 사용되고 있으며 현재 은 나노 입자 기반 잉크젯용 전도성 잉크가 가장 많이 사용되고 있으나, 높은 은의 원자재 가격 및 이의 가공비용 증가로 그 사용이 제한되고 있 음. 현재 이를 극복할 수 있는 새로운 전도성 잉크용 소재에 대한 연구가 활발히 진행되고 있음. 

새로운 전도성 잉크 개발 관련하여 그래핀 기반 잉크의 잉크젯 인쇄가 주목받고 있으며 잉크젯 인쇄의 장점과 그래핀의 뛰어난 전자적, 광학적 및 기계적 특성을 모두 활용할 수 있기 때문에 유망한 접근 방식이라 할 수 있음.

환원된 산화 그래핀(rGO)은 섬유와 같이 유연한 전도성 소재를 제조하는데 효과적인 방법이라 할 수 있지만 그래핀 기반 전자섬유 제품은 그래핀 농도가 높을 때 잉크 안정성이 떨어지고 금속 잉크의 Ag(은)비율이 높을 때 발생하는 비용증가 등으로 그 사용이 제한적이라 할 수 있으며, 또한 전기전도성이 좋지 않은 그래핀 옥사이드(GO) 또는 환원 그래핀옥사이드 (rGO) 유도체를 주로 사용하여 원하는 전도도를 얻기 어려운 단점이 있는 것으로 알려져 있음.

이러한 단점을 극복하기 위해 그래핀 잉크가 개발되어 인쇄에 사용되었으나, 낮은 그래핀 농도와 잔류 용매, 더 높은 어닐링 온도 및 원하는 전도도를 달성하기 위한 다층의 프린팅 등 개선해야 할 또 다른 문제가 존재하고 있는 것으로 알려져 있음.

궁극적으로 이러한 여러 가지 문제를 극복하기 위해 Manchester대학 연구팀은 적은 층의 인쇄로 원하는 전기 전도성을 얻을 수 있는 그래핀 기반의 복합 잉크젯 잉크에 사용되는 전도성이 높은 은나노입자를 개발하였음. 최적화된 그래핀-은 복합잉크는 전도성이 높은 웨어러블 전자섬유 응용 분야를 위해 전처리된 직물 표면에 인쇄를 실시함.