한국교통대 에너지소재공학 정용진 교수, 나노화학소재공학 안태규 교수, 인인식 교수와 영남대 화학공학부 김세현 교수 공동 연구팀이 유기용매에 분산된 2차원구조의 MXene(맥신) 잉크를 제조하는데 성공했다.

차세대 인쇄전자 소자에 사용할 수 있는 고성능 전극 소재인 ‘맥신 잉크’는 높은 분산성과 전도도 덕분에 세계 최초로 인쇄 공정을 통한 맥신 전극을 프린팅하는데 성공했으며, 프린팅한 전극을 활용해 우수한 성능의 전자소자 및 논리회로를 구현해냈다.

맥신은 우수한 전기 전도도를 가지고 있는 2차원의 나노 판상 물질로 전기적 특성으로 에너지 저장소자나 전자기 차폐, 센서 등에 사용되고 있는 차세대 신물질 중 대표적인 물질이라고 할 수 있다.

맥신의 표면은 친수성 특성을 띠고 있어 주로 물에서만 안정적으로 분산되어 그 쓰임새에 한계를 가지고 있다. 그로 인해 다양한 전자 소자 제작이 어려웠다. 이를 보완하기 위해 고분자 안정화제나 계면활성제 등을 이용하고 있지만, 이런 유기물의 사용은 맥신을 코팅한 다음 잔류물을 제거하기 어려우며, 맥신의 우수한 전기적 특성을 저하시키는 문제점이 있다. 이번 맥신 연구 분야에서는 맥신의 전기적 특성이 떨어지지 않으면서도 물 이외의 유기용매에 맥신을 안정적으로 분산시키는 기술을 개발하는 것이 핵심 기술로 주목 받는다.

한국교통대-영남대 공동 연구 그룹은 인쇄전자 분야에서 주로 쓰이는 알콜계열 용매에 높은 분산성을 가질 수 있는 맥신의 표면처리 기술을 개발하여 기존 기술의 한계로 지적 받아온 맥신의 전기전도도 저해 문제를 완전하게 해결했다.

맥신을 트리플루오로아세트산 처리를 통해 기존 맥신의 에칭 잔존물인 불화알루미늄을 효과적으로 제거하고 맥신의 표면작용기를 재구성했다.

전도도를 개선하며 유기 용매에 대한 맥신의 분산성을 높여 전기수력학 프린팅 공정을 통해서 대면적의 균일한 전극으로 패터닝할 수 있었다.