(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 기계공학과 김지태 교수 연구팀이 고려대학교 오승주 교수, 홍콩대학교 티안슈 자오 교수와 공동으로 상온에서 원하는 형태와 크기의 10 마이크로미터(µm) 이하 초소형 적외선 센서를 제작할 수 있는 3D 프린팅 기술을 개발했다고 3일 밝혔다.
적외선 센서는 눈에 보이지 않는 적외선 신호를 전기 신호로 변환하는 핵심 부품으로, 로봇비전 등 다양한 분야의 미래형 전자기술을 구현하는 데 필수적이다. 이에 따라 센서의 소형화·경량화, 다양한 형태(폼팩터) 구현의 중요성이 커지고 있다.
기존 반도체 공정 기반 제조 방식은 대량생산에는 적합했지만 빠르게 변화하는 기술 수요에 유연하게 대응하기 어렵고 고온 공정이 필수여서 소재 선택이 제한돼 에너지 소비가 많다는 한계가 있었다.
연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해, 금속·반도체·절연체 소재를 각각 나노결정 형태의 액상 잉크로 만들어 단일 프린팅 플랫폼에서 층층이 쌓아 올리는 초정밀 3차원 프린팅 공정을 개발했다.
이를 통해 적외선 센서의 핵심 구성 요소를 상온에서 직접 제작하면서 맞춤형 형태와 크기의 초소형 센서 구현이 가능해졌다.
특히 연구팀은 나노입자 표면의 절연성 분자를 전기가 잘 통하는 분자로 바꾸는 '간드 교환' 기법을 3D 프린팅 과정에 적용해 고온 열처리 없이도 우수한 전기적 성능을 확보했다.
그 결과 사람 머리카락 굵기의 10분의 1, 10µm 이하의 초소형 적외선 센서 제작에 성공했다.
김 교수는 "적외선 센서의 소형화·경량화를 넘어 기존에 상상하기 어려웠던 혁신적인 폼팩터 제품 개발을 앞당길 것"이라며 "생산 단가 절감과 친환경적 제조 공정을 실현해 적외선 센서 산업의 지속 가능한 발전에 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.
이번 연구 결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)' 온라인판에 게재됐다.
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