KAIST가 원하는 형태와 크기로 초소형 적외선 센서를 제작할 수 있는 상온 3D프린팅 기술을 세계 최초로 선보였다.
KAIST 기계공학과 김지태 교수팀은 고려대, 홍콩대와 공동연구로 상온에서 원하는 형태와 크기의 10㎛ 이하 초소형 적외선 센서를 제작할 수 있는 3D프린팅 기술을 개발했다.
적외선 센서는 눈에 보이지 않는 적외선 신호를 전기 신호로 변환하는 핵심 부품으로, 로봇비전 등 다양한 분야에서 미래형 전자기술을 구현하는 데 필수적이다.
때문에 센서의 소형화·경량화와 더불어 다양한 형태로의 구현이 중요하다.
기존 반도체공정 기반 적외선 센서 제조는 대량생산에는 적합했지만, 빠르게 변화하는 기술 수요에 유연하게 대응하기 어렵다.
특히 고온 공정이 필요해 소재 선택이 제한적이고 에너지 소비가 많은 한계가 있었다.
연구팀은 이를 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 구성요소를 상온에서 직접 제작할 수 있고, 맞춤형 형태와 크기의 초소형 센서를 구현했다.
연구팀은 나노입자 표면 절연성 분자를 전기가 잘 통하는 분자로 바꾸는 ‘리간드 교환’을 3D프린팅 과정에 적용해 고온 열처리 없이도 우수한 전기적 성능을 확보했다.
그 결과 사람 머리카락 굵기의 1/10 수준인 10㎛ 이하 초소형 적외선 센서를 제작했다.
김 교수는 “이번 기술은 적외선 센서의 소형화·경량화를 넘어, 기존에 상상하기 어려웠던 혁신적인 폼팩터 제품 개발을 앞당길 것”이라며 “고온 공정에서 발생하는 막대한 에너지 소비를 줄여 생산단가 절감과 친환경적 제조 공정을 실현해 적외선 센서 산업의 지속가능한 발전에 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.
한편, 이번 연구결과는 지난달 16일 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’에 게재됐다.
(논문명: Ligand-exchange-assisted printing of colloidal nanocrystals to enable all-printed sub-micron optoelectronics, DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-64596-4)
