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[IT뉴스]2차원 신소재 '맥신' 초정밀 3D프린팅으로 270배 얇게 구현

온카뱅크관리자

2025-03-10 11:47:31

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 <img alt="3D 프린터가 맥신 잉크를 활용해 미세 구조물을 인쇄하고 있는 장면. 한국전기연구원 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202503/10/dongascience/20250310114216790pgbu.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="tKDbzSme4n" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202503/10/dongascience/20250310114216790pgbu.jpg" width="658">
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 3D 프린터가 맥신 잉크를 활용해 미세 구조물을 인쇄하고 있는 장면. 한국전기연구원 제공
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 2차원 신소재인 '맥신(MXene)'은 고효율 배터리나 전자기 차폐, 센서 등의 분야에서 주목받고 있다. 국내 연구팀이 맥신을 잉크처럼 만들고 프린트해 고해상도·고강도 3차원(3D) 구조물을 만드는 데 성공했다. 기존 프린팅 기술보다 270배나 얇게 구현했다.  
 한국전기연구원(KERI)은 설승권 스마트3D프린팅연구팀 책임연구원팀이 맥신으로 고해상도 3차원 미세 구조물을 인쇄하는 기술을 개발했다고 10일 밝혔다. 연구결과는 1월 5일(현지시간) 국제학술지 '스몰(Small)'에 공개됐다.
 2011년에 등장한 맥신은 금속층과 탄소층이 교대로 쌓인 매우 얇은 2차원 신소재다. 전기 전도성과 전자파 차단 성능이 좋고 다양한 금속 화합물과의 조합이 용이하다.
 그동안 맥신은 대부분 2차원 패턴으로만 구현됐다. 3차원으로 구현하려면 별도의 첨가제인 바인더를 추가하고 인쇄에 알맞은 최적의 잉크 점도를 조절해야 한다. 맥신이 너무 많으면 잉크가 나오는 노즐이 막히고 맥신의 양을 줄이면 구조물이 제대로 인쇄되지 않는다는 문제가 있다. 또 첨가제 때문에 맥신의 성질이 손상된다는 단점도 있다.
 연구팀은 '메니스커스(Meniscus)' 현상을 활용한 독자적인 3차원 프린팅 기술을 고안했다. 메니스커스는 방울 등을 일정 압력으로 지그시 누르거나 당기면 모세관 현상으로 물방울이 터지지 않으면서 외벽에 곡면이 형성되는 것을 말한다.
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 <img alt="메니스커스 현상을 활용한 맥신 잉크 기반 3D 프린팅 장면(왼쪽)과 인쇄 결과물 및 활용 분야. 한국전기연구원 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202503/10/dongascience/20250310114218089mbyz.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="FLFjgKUl8i" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202503/10/dongascience/20250310114218089mbyz.jpg" width="658">
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 메니스커스 현상을 활용한 맥신 잉크 기반 3D 프린팅 장면(왼쪽)과 인쇄 결과물 및 활용 분야. 한국전기연구원 제공
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 3D 프린터 노즐에서 잉크를 분사하면 맥신이 메니스커스를 통로 삼아 뿜어져 나온다. 이때 잉크의 메니스커스 표면에서 용매인 물이 빠르게 증발하고 내부에는 강한 인력이 작용해 맥신을 포함한 나노 물질들이 서로 결합한다. 노즐을 이동하며 이 과정을 반복하면 전기가 통하는 3차원 맥신 구조물이 탄생하는 원리다.
 연구결과는 첨가제 없이 맥신의 특성을 최대한 살려 3차원 구조물을 만들었다는 점이 특징이다. 인쇄 해상도는 기존 기술보다 무려 270배나 얇은 1.3마이크로미터(㎛, 100만분의 1m)로 머리카락 굵기의 약 100분의 1 수준이다. 연구팀은 맥신 3D 프린팅으로 지그재그 모양, 나선, 다리, 피라미드 같은 복잡한 형상을 구현하는 데 성공했다. 
 3차원 맥신 구조물은 배터리 등 에너지 저장 장치 분야에 활용되면 구조물의 표면적·집적도를 늘려 이온 전달 효율을 극대화하고 에너지 밀도를 증가시킬 수 있다. 맥신 구조물 내부의 전자기파 다중 반사와 흡수 효과를 증폭해 차폐 효과를 향상할 수도 있다. 다양한 센서에서도 민감도와 효율을 개선할 것으로 기대된다.
 KERI는 "최근 물리적 형태에 구애받지 않는 초소형·유연 전자 장치에 대한 수요가 증가하고 있다"며 "이번 나노잉크 기반 3D 프린팅 기술을 통해 관련 시장 분야를 선도할 것"이라고 설명했다. 개발된 기술의 사업화를 위해 수요 업체를 적극 발굴한다는 계획이다.
 설 책임연구원은 "맥신 잉크의 농도 조건을 최적화하고 인쇄 공정에서 발생할 수 있는 다양한 매개변수를 정밀 분석하는 데 많은 노력을 기울였다"며 "별도의 첨가제나 후처리 공정 없이도 맥신의 장점을 살려 고강도·고정밀 3D 마이크로 구조물을 얻을 수 있는 세계 최초의 성과"라고 말했다.
 &lt;참고 자료&gt; - doi.org/10.1002/smll.202409198
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 <img alt="KERI 연구팀이 개발한 3D 맥신 프린팅 연구결과가 실린 국제학술지 '스몰(Small)'의 표지 이미지. 한국전기연구원 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202503/10/dongascience/20250310114219368qtah.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="3yw9BTOJ4J" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202503/10/dongascience/20250310114219368qtah.jpg" width="658">
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 KERI 연구팀이 개발한 3D 맥신 프린팅 연구결과가 실린 국제학술지 '스몰(Small)'의 표지 이미지. 한국전기연구원 제공
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 [이병구 기자 2bottle9@donga.com]
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