성균관대, 3D 프린팅 차세대 유연 세라믹 복합체 센서 개발

[캠퍼스人+스토리] 디지털 광학기술(DLP) 3D 프린팅 기반

김미소 성균관대 신소재공학부 교수(왼쪽), 이동수 박사과정생. /성균관대

김미소 성균관대학교 신소재공학부 교수 연구팀이 3D 프린팅 공정을 활용해 차세대 유연 세라믹 복합체 센서를 개발해 화제다.

17일 성균관대에 따르면 김 교수 연구팀은 디지털 광학기술(DLP) 3D 프린팅 기술을 기반으로 고유전성 세라믹과 광경화성 유연 레진, 전도성 필러를 결합한 유연 세라믹 복합체 기반의 광범위 압력 센서를 구현해냈다.

이들은 DLP 공정을 통해 다양한 구조의 세라믹 복합체의 프로토타입을 신속하게 제작할 수 있도록 했다. 기존의 세라믹 복합체 구조 제작 방식의 복잡하고 비용이 큰 한계를 극복했다.

DLP 공정은 UV 광원을 이용하여 디지털 마이크로 미러 장치(DMD)를 통해 원하는 형태의 이미지를 조사해 단층 레이어를 형성하고 이를 연속적으로 쌓아 3차원의 구조체를 형성한다. 이 기술은 빛을 이용하기 때문에 고해상도와 정밀한 형태의 구조체를 빠르게 형성할 수 있다는 장점이 있다.

아울러 연구팀은 DLP 3D 프린팅 공정에 있어 센서의 민감도를 향상시킬 수 있는 대칭적 모래시계 구조를 제안했다. 이들은 모래시계 단위 구조를 8 x 8 배열 형태로 적용한 유연 세라믹 복합체 센서로 제작해 작은 외부 압력에 민감하게 반응할 수 있는 정전용량식 유연압력센서 시스템을 구현했다.

김미소 교수는 "본 연구를 통해 3D 프린팅을 통해 단일 공정 프로세스(one-step synthesis)로 유연 세라믹 복합체의 구조체와 물성을 동시 제어하여 넓은 압력 범위의 유연 압력 센서에 적용한 것이 큰 의미가 있다. DLP 3D 프린팅 공정 내 더 다양한 소재를 적용하고 구성 요소 비율 조절을 통해 정전 방식 이외의 더 넓은 범위의 센서 및 에너지 소자 응용 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대한다"고 설명했다.

연구 결과는 공학 분야 국제 권위지인 Composite Part B: Engineering(IF: 13.1)에 지난달 28일 온라인 게재됐다.