한국과학기술원(KAIST)은 김지태 교수, 고려대 오승주 교수, 홍콩대 티안슈 자오 교수와 공동으로 상온에서 10㎛(마이크로미터, 100만분의 1ｍ) 이하의 초소형 적외선 센서를 제작할 수 있는 3D 프린팅 기술을 개발했다고 3일 밝혔다.

적외선 센서는 우리 눈으로 볼 수 없는 영역의 빛을 감지해 전기 신호로 변환한다.

야간 시간대나 연기, 안개 등이 자욱한 상황에서도 물체 고유의 빛 스펙트럼을 탐지할 수 있어 자율주행 차량 카메라, 사물인터넷(IoT) 센서, 로봇 등의 '눈'(眼)으로 불린다.

다만 기존 반도체 공정에 기반한 제조 방식은 고온 공정이 필수여서 소재 선택이 제한적이고 에너지 소비가 크다는 단점이 있다.

연구팀은 금속·반도체·절연체 소재를 각각 나노결정 형태의 액상 잉크로 만들어 층층이 쌓아 올리는 초정밀 3차원 프린팅 공정을 개발했다.

3차원 프린팅 공정을 이용해 상온에서 적외선 센서를 원하는 형태와 크기로 제작할 수 있다.

나노입자 표면의 절연 분자를 전기가 잘 통하는 분자로 바꾸는 '리간드 교환'(Ligand Exchange) 기법을 적용해 고온 열처리 없이도 우수한 전기적 성능을 확보했다.

이를 통해 머리카락 굵기의 10분의 1 수준인 10㎛ 이하 초소형 센서를 제작하는 데 성공했다.

김지태 교수는 "고온 공정에서 발생하는 막대한 에너지 소비를 줄여 생산 단가 절감과 친환경적 제조 공정 실현에 기여할 것"이라고 말했다.

이번 연구 성과는 권위 있는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스'(Nature Communications) 지난달 16일 자 온라인판에 실렸다.