액체 금속 잉크로 투명 망토를 만들 수 있을까?
- 기술 / 문광주 기자 / 2025-12-23 14:27:12
4분 읽기
- 기존의 메타물질의 한계: 매우 작고 정지된 물체만 숨길 수 있고, 가시광선 스펙트럼의 일부 영역만 차단할 수 있다
- 연구진은 상온에서 액체 상태인 Ga, In, Sn의 합금인 갈리스탄을 잉크의 기본재료로 사용
- 특정 주파수 범위에서는 이러한 메타물질을 사용하여 레이더에서 물체를 숨길 수 있다.
해리 포터가 투명 망토를 입으면 다른 사람들에게 보이지 않게 된다. 수십 년 동안 과학자들은 이와 유사한 특성을 가진 소위 메타물질을 개발하기 위해 노력해 왔다. 특정 표면 구조를 통해 전자기파, 특히 가시광선을 반사하여 물체를 보이지 않게 만드는 것이다. 그러나 기존의 메타물질은 매우 작고 정지된 물체만 숨길 수 있으며, 가시광선 스펙트럼의 일부 영역만 차단할 수 있다는 한계가 있다. 또한 열화상 카메라를 속이거나 자기장을 차단하는 데 그치는 경우도 있다.
인쇄 가능한 액체 금속 잉크
대전 한국과학기술연구원(KIST)의 편정수(Pyeon Jeongsu) 교수 연구팀이 새로운 유형의 스텔스 장치를 구현하고 동시에 웨어러블 전자 기기의 다양한 응용 분야를 개척할 수 있는 기술을 개발했다. 연구팀은 "전자기파를 효과적으로 흡수하거나 반사할 수 있는 구조인 메타물질 흡수체를 만드는 데 적합한 액체 금속 기반 잉크를 개발했다"고 밝혔다.
연구진은 상온에서 액체 상태인 갈륨, 인듐, 주석의 합금인 갈리스탄을 잉크의 기본 재료로 사용했다. 이 합금은 표면 장력이 매우 높고 점도(흐름성) 제어가 어려워 코팅 분야에서의 사용이 제한적이었다. 평 교수 연구팀은 갈리스탄 입자를 바인더인 폴리비닐피롤리돈(PVP)으로 코팅하여 표면 장력을 낮추었다. 또한, 라포나이트라는 합성 물질을 첨가하여 잉크의 점도를 낮췄다.
이러한 방식으로 연구팀은 다양한 재료에 안정적으로 접착되고 기존 인쇄 방식이나 붓을 사용하여 쉽게 도포할 수 있는 잉크를 얻었다. 이 잉크는 얼룩이나 균열 없이 고르게 건조되어 추가 공정 없이 바로 사용할 수 있다. 이 잉크로 인쇄된 전극은 전도성을 잃지 않고 원래 길이의 120배까지 늘릴 수 있으며, 거의 1년 동안 내구성을 유지했다.
레이더파 차단 투명 망토
잠재적 응용 가능성을 보여주기 위해 연구팀은 새로 개발한 잉크를 사용하여 전자기파와 상호 작용하는 메타물질 흡수체를 제작했다. 특수 잉크로 미세한 그물망 구조를 인쇄하고, 이 구조가 다양한 파장의 전자기파를 흡수하는 정도를 측정했다.
결과적으로, 연구팀은 "늘리지 않은 상태에서 이 메타물질 흡수체는 5.68GHz 주파수의 전자기파를 흡수했다"고 밝혔다. 이는 레이더파의 파장에 해당한다. 따라서 특정 주파수 범위에서는 이러한 메타물질을 사용하여 레이더에서 물체를 숨길 수 있다.
추가 실험을 통해 재료를 늘리는 정도에 따라 흡수 면적을 조절할 수 있다는 것을 확인했다. 재료를 더 많이 늘릴수록 공진 주파수가 낮아졌다. 늘어나는 정도와 인쇄 패턴에 따라 다양한 주파수 범위의 전자기파를 차단할 수 있다. 하지만 이 메타물질 흡수체는 가시광선에는 효과가 없었다. 사람의 눈에 보이지 않으려면 약 10만 배 더 높은 주파수에서 상호 작용해야 한다.
웨어러블 전자 기기
이 새로운 잉크는 투명성 외에도 다양한 응용 가능성을 제시한다. 연구진은 "이 잉크의 적응성은 웨어러블 기기, 소프트 로봇, 에너지 변환 및 저장 시스템, 나노 발전기 등 신축성 및 유연 전자 기기의 다양한 응용 분야에 유망한 소재임을 보여준다"고 밝혔다.
참고: Small, 2025, doi: 10.1002/smll.202501829
출처: 한국과학기술원(KAIST)
- 기존의 메타물질의 한계: 매우 작고 정지된 물체만 숨길 수 있고, 가시광선 스펙트럼의 일부 영역만 차단할 수 있다
- 연구진은 상온에서 액체 상태인 Ga, In, Sn의 합금인 갈리스탄을 잉크의 기본재료로 사용
- 특정 주파수 범위에서는 이러한 메타물질을 사용하여 레이더에서 물체를 숨길 수 있다.
액체 금속 잉크로 투명 망토를 만들 수 있을까?
위장 기술 및 웨어러블 전자 기기 개발을 위한 특수 잉크
인쇄 가능한 메타물질:
액체 금속 기반 잉크는 미래에 유연한 투명 망토 개발에 도움을 줄 수 있다. 이 잉크는 다양한 소재에 인쇄할 수 있고, 부드러움을 유지하며, 원래 크기의 120배까지 늘어나도 전기 전도성과 안정성을 유지한다. 이 잉크로 인쇄된 표면은 전자기파를 반사할 수 있다. 예를 들어, 로봇을 레이더 이미지에서 보이지 않게 하거나 웨어러블 전자 기기를 설계하는 데 활용될 수 있다.
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| ▲ 투명화 기술 사용 방법을 보여주는 그림. © KAIST (AI 생성) |
해리 포터가 투명 망토를 입으면 다른 사람들에게 보이지 않게 된다. 수십 년 동안 과학자들은 이와 유사한 특성을 가진 소위 메타물질을 개발하기 위해 노력해 왔다. 특정 표면 구조를 통해 전자기파, 특히 가시광선을 반사하여 물체를 보이지 않게 만드는 것이다. 그러나 기존의 메타물질은 매우 작고 정지된 물체만 숨길 수 있으며, 가시광선 스펙트럼의 일부 영역만 차단할 수 있다는 한계가 있다. 또한 열화상 카메라를 속이거나 자기장을 차단하는 데 그치는 경우도 있다.
인쇄 가능한 액체 금속 잉크
대전 한국과학기술연구원(KIST)의 편정수(Pyeon Jeongsu) 교수 연구팀이 새로운 유형의 스텔스 장치를 구현하고 동시에 웨어러블 전자 기기의 다양한 응용 분야를 개척할 수 있는 기술을 개발했다. 연구팀은 "전자기파를 효과적으로 흡수하거나 반사할 수 있는 구조인 메타물질 흡수체를 만드는 데 적합한 액체 금속 기반 잉크를 개발했다"고 밝혔다.
연구진은 상온에서 액체 상태인 갈륨, 인듐, 주석의 합금인 갈리스탄을 잉크의 기본 재료로 사용했다. 이 합금은 표면 장력이 매우 높고 점도(흐름성) 제어가 어려워 코팅 분야에서의 사용이 제한적이었다. 평 교수 연구팀은 갈리스탄 입자를 바인더인 폴리비닐피롤리돈(PVP)으로 코팅하여 표면 장력을 낮추었다. 또한, 라포나이트라는 합성 물질을 첨가하여 잉크의 점도를 낮췄다.
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| ▲ 본 연구는 학술지 "Small" 2025년 10월호 표지 논문으로 선정되었다. © KAIST |
이러한 방식으로 연구팀은 다양한 재료에 안정적으로 접착되고 기존 인쇄 방식이나 붓을 사용하여 쉽게 도포할 수 있는 잉크를 얻었다. 이 잉크는 얼룩이나 균열 없이 고르게 건조되어 추가 공정 없이 바로 사용할 수 있다. 이 잉크로 인쇄된 전극은 전도성을 잃지 않고 원래 길이의 120배까지 늘릴 수 있으며, 거의 1년 동안 내구성을 유지했다.
레이더파 차단 투명 망토
잠재적 응용 가능성을 보여주기 위해 연구팀은 새로 개발한 잉크를 사용하여 전자기파와 상호 작용하는 메타물질 흡수체를 제작했다. 특수 잉크로 미세한 그물망 구조를 인쇄하고, 이 구조가 다양한 파장의 전자기파를 흡수하는 정도를 측정했다.
결과적으로, 연구팀은 "늘리지 않은 상태에서 이 메타물질 흡수체는 5.68GHz 주파수의 전자기파를 흡수했다"고 밝혔다. 이는 레이더파의 파장에 해당한다. 따라서 특정 주파수 범위에서는 이러한 메타물질을 사용하여 레이더에서 물체를 숨길 수 있다.
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| ▲ 액체 금속 복합 입자(LMCP) 잉크. a) 순수 액체 금속(LM) 잉크, 기존 액체 금속 입자(LMP) 잉크, 기존 LMP 슬러리 잉크, 액체 금속 함유 엘라스토머(LMEE) 잉크 및 본 LMCP 잉크를 포함한 액체 금속(LM) 기반 인쇄 잉크의 특성 비교. 각 잉크에 대해 전단 속도가 약 1 s⁻¹일 때의 점도(µ)를 비교했다. 후처리에는 소결, 열 보조 용매 건조 및 엘라스토머 경화가 포함된다. LMCP 잉크의 상세한 제조 공정은 그림 S1(보충 정보)에 나타냈다. (b) 잉크젯 인쇄, 직접 쓰기, 브러싱, 닥터 블레이드 코팅 및 롤투롤 인쇄를 포함한 다양한 기존 인쇄 기술에서 LMCP 잉크의 다용성을 보여주는 시연 (왼쪽에서 오른쪽 순). (출처: Versatile Liquid Metal Composite Inks for Printable, Durable, and Ultra-Stretchable Electronics / First published: 11 June 2025 / nano-micro small) |
추가 실험을 통해 재료를 늘리는 정도에 따라 흡수 면적을 조절할 수 있다는 것을 확인했다. 재료를 더 많이 늘릴수록 공진 주파수가 낮아졌다. 늘어나는 정도와 인쇄 패턴에 따라 다양한 주파수 범위의 전자기파를 차단할 수 있다. 하지만 이 메타물질 흡수체는 가시광선에는 효과가 없었다. 사람의 눈에 보이지 않으려면 약 10만 배 더 높은 주파수에서 상호 작용해야 한다.
웨어러블 전자 기기
이 새로운 잉크는 투명성 외에도 다양한 응용 가능성을 제시한다. 연구진은 "이 잉크의 적응성은 웨어러블 기기, 소프트 로봇, 에너지 변환 및 저장 시스템, 나노 발전기 등 신축성 및 유연 전자 기기의 다양한 응용 분야에 유망한 소재임을 보여준다"고 밝혔다.
참고: Small, 2025, doi: 10.1002/smll.202501829
출처: 한국과학기술원(KAIST)
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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