나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 칭다오(靑島) 바이오 에너지 및 과정 연구소 “바이오닉스 스마트 재료” 연구팀은 알긴산염(alginate) 용액 속에서 LM에 대한 초음파 처리를 실행하여 알긴산염 마이크로 젤(microgel)이 커버된 LM 마이크로 나노 액체 방울을 제조하는데 성공하여 이슈가 되고 있음.

□ 액체금속(Liquid Metal, LM)은 액체의 형태 변화능력과 금속의 전기전도능력을 완벽하게 결합하고 있으며, 양호한 화학적 안정성과 우수한 생물호환성을 보유하고 있기 때문에 이상적인 플렉시블 전기회로 재료로 될 수 있음. 하지만 LM의 표면 장력이 매우 커기 때문에(예를 들면 갈륨 인듐 합금(그 중 74.5 wt% Ga와 25.5 wt %In임), 624 mN m–1)) 가공하기 어렵고 기타 기판 등 재료와 복합하기도 어려워 LM 플렉시블 전자 분야에서의 실제 응용은 매우 큰 한계에 부딪치고 있는 상황임. 연구진은 이번 연구개발을 통해 초음파 과정에서 알긴산염은 카르복실기(carboxyl)와 Ga3+ 배위를 통하여 입경(粒徑)의 감소를 추진할 수 있을 뿐만 아니라 Ga3+를 킬레이트(chelate)하여 마이크로 젤을 형성하며, 이런 과정을 통해 Ga3+의 더욱 많은 방출을 억제하고, 재료의 생물 호환성을 향상시킬 수 있다는 점을 발견하였고 이를 2018년에 'Advanced Function Materials'에 성과를 게재함.

□ LM 마이크로 나노 액체 방울 표면에 산화층이나 안정제가 존재하기 때문에 침적된 전기회로는 외부 압력, 레이저, 고온 등 처리를 통해 그 전기전도성을 회복해야 하며 이러한 후처리 기술은 에너지를 소모할 뿐만 아니라 응용 면에서도 많은 한계가 존재하고 있는 상황임. 연구팀은 이번 연구를 통해 바이오매스 나노 섬유(Nanofibers, NFs)(예를 들면, 셀룰로오스 NFs, 키틴(chitin) Fs, 실크 NFs)의 수분산액 중의 초음파 LM은 안정적으로 분산된 LM 마이크로 나노 액체 방울을 취득할 수 있다는 점을 발견하였음. 상온과 상압조건에서 분산 액을 건조시키면 LM 마이크로 나노 액체 방울은 연속적인 액체 금속 전기 전도 필름으로 소결(燒結) 될수 있음. 증발 소결하여 제조한 필름이나 코팅 층 재료는 플렉시블, 높은 반사율, 신축 가능한 전기 전도성(인장 비율이 200%에 도달), 양호한 전자기 차폐 효과, 생물 분해성과 습도, 광, 전기에 대해 매우 신속한 자극 반응성 등 특성을 보유하고 있으며, 증발 소결 방법은 폭 넓게 마이크로 전기회로, 감지, 웨어러블 설비와 플렉시블 로봇 등 플렉시블 전자학 분야에 응용할 수 있음.

본 성과는 'Nature Communications' 지에 게재됨