< (윗줄 왼쪽) 이현승 박사과정, 최원호 교수, (앞줄 왼쪽)김형수 교수, 박상후 교수, (상단) 1저자 편정수 박사 >

영화 해리 포터의 투명 망토와 레이더에 잡히지 않는 스텔스 전투기의 공통점은 무엇일까? 바로 물체가 있어도 보이지 않는다는 점이다. 우리 연구진은 이러한 개념을 한 걸음 더 나아가, 늘어나고 움직일수록 전파를 더 잘 숨길 수 있는 ‘똑똑한 투명 망토’와 같은 기술을 개발했다. 이 기술은 움직이는 로봇과 몸에 붙이는 웨어러블 기기, 차세대 스텔스 기술의 새로운 가능성을 열 것으로 기대된다. 

우리 대학 기계공학과 김형수 교수와 원자력및양자공학과 박상후 교수 연구팀이 액체금속 복합 잉크(LMCP, Liquid Metal Composite Ink)를 기반으로, 전자기파를 흡수·조절·차폐할 수 있는 차세대 신축성 클로킹(cloaking)* 기술의 핵심 원천기술을 개발했다고 16일 밝혔다.

* 클로킹: 물체가 있어도 레이더나 센서 같은 탐지 장비에는 없는 것처럼 보이게 만드는 기술 

클로킹 기술을 구현하려면 물체의 표면에서 빛이나 전파를 자유롭게 조절할 수 있어야 한다. 그러나 기존 금속 재료는 딱딱하고 잘 늘어나지 않아, 억지로 늘리면 쉽게 끊어지는 한계가 있었다. 이 때문에 몸에 밀착되는 전자기기나 자유롭게 형태가 변하는 로봇에 적용하는 데 어려움이 컸다. 

연구팀이 개발한 액체금속 복합 잉크는 원래 길이의 최대 12배(1200%)까지 늘려도 전기가 끊어지지 않으며, 공기 중에 1년 가까이 두어도 녹슬거나 성능이 거의 떨어지지 않는 높은 안정성을 보였다. 기존 금속과 달리, 이 잉크는 고무처럼 말랑하면서도 금속의 기능을 그대로 유지한다. 

이러한 특성은 잉크가 마르는 과정에서 내부의 액체금속 입자들이 서로 연결돼 그물망 같은 금속 네트워크 구조를 스스로 형성하기 때문에 가능하다. 이 구조는 ‘메타물질’로, 잉크로 아주 작은 무늬를 반복해 인쇄함으로써 전파가 해당 구조를 만났을 때 설계된 방식대로 반응하도록 만든 인공 구조물이다. 그 결과 액체처럼 유연하면서도 금속처럼 튼튼한 성질을 동시에 갖게 된다. 

제작 방법도 간단하다. 고온으로 굽거나 레이저로 가공하는 복잡한 공정 없이, 프린터로 인쇄하거나 붓으로 칠한 뒤 말리기만 하면 된다. 또한 액체를 말릴 때 흔히 발생하는 얼룩이나 갈라짐 현상이 없어, 매끄럽고 균일한 금속 패턴을 구현할 수 있다. 

연구팀은 이 잉크의 성능을 입증하기 위해, 늘어나는 정도에 따라 전파를 흡수하는 성질이 달라지는 ‘신축성 메타물질 흡수체’를 세계 최초로 제작했다. 

잉크로 무늬를 찍은 뒤 고무줄처럼 늘리기만 하면, 흡수하는 전파의 종류(주파수 대역)가 달라진다. 이는 상황에 따라 레이더나 통신 신호로부터 물체를 더 잘 숨길 수 있는 클로킹 기술로 이어질 수 있음을 보여준다.

< 그림. LMCP 잉크의 물성 비교, 프린팅 공정 적용성, 기계적·전기적 성능, 다양한 기판 활용성. (a) 기존 액체금속 기반 잉크들과 본 연구의 LMCP 잉크의 표면장력, 점도, 젖음성, 후처리 필요성 등을 비교한 결과. LMCP 잉크는 상대적으로 높은 점도와 우수한 젖음성을 유지하면서도 후처리가 필요 없는 장점을 지님을 보여준다. (오른쪽 레이더 차트: 전기전도도, 표면장력, 점도, 젖음성, 후처리 여부 등 주요 성능지표의 정성적 비교). (b) LMCP 잉크의 self-sintering 특성을 기반으로 한 다양한 프린팅 방법: 노즐 기반 직접 프린팅(direct writing), 브러싱(brushing), 쉐도우 마스크(shadow mask)와 닥터블레이드(doctor blade) 공정을 이용한 패터닝, 그리고 롤투롤(roll-to-roll) 방식에서의 대면적 전극 제작. (c) LMCP 전극의 신축성 및 전기적 안정성. 샘플을 0%에서 1200%까지 늘릴 때 저항 변화 측정 결과와, 3 V LED 구동 실험을 통해 0%~500% 변형에서도 안정적인 동작을 확인. (d) LMCP 잉크로 제작된 다양한 패턴 및 소자 사례. 대면적 균일 코팅, 정밀 그리드 패턴, 균열 없이 형성된 금속 경로, 인장 상태에서 작동하는 LED 회로, 그리고 신축성 스파이럴(spiral) 전극 등 응용 가능 구조를 제시. (e) LMCP 잉크가 다양한 기판(SIR, NBR, PVC, PET, WPU, PDMS, Latex)에 안정적으로 인쇄됨을 보여주는 예시로, 기판 종류와 관계없이 우수한 패턴 재현성과 부착성을 나타냄. >

이번 기술은 신축성, 전도성, 장기 안정성, 공정 단순성, 전자기파 제어 기능을 동시에 만족하는 획기적인 전자소재 기술로 평가된다. 

김형수 교수는 “복잡한 장비 없이 프린팅 공정만으로도 전자기파 기능을 구현할 수 있게 됐다”며 “이 기술은 앞으로 로봇의 피부, 몸에 붙이는 웨어러블 기기, 국방 분야의 레이더 스텔스 기술 등 다양한 미래 기술에 활용될 것으로 기대된다”고 말했다. 

이번 연구는 차세대 전자소재 분야에서 중요한 원천기술로 인정받아 윌리(Wiley) 국제 학술지‘스몰(Small)’에 2025년 10월호에 10월 16일자로 게재됐으며, 표지논문으로 선정되는 성과를 거두었다. 

※ 논문명: J. Pyeon H. Lee, W. Choe, S. Park, H. Kim, "Versatile Liquid Metal Composite Inks for Printable, Durable, and Ultra-Stretchable Electronics," Small 2501829 (2025)

DOI: https://doi.org/10.1002/smll.202501829 

※ 주저자 정보: 제1저자 편정수 박사, 공동저자 이현승 박사과정, 최원호 교수, 교신저자 김형수 교수, 박상후 교수 

이 성과는 한국연구재단 개인기초 중견 연구 (MSIT: 2021R1A2C2007835)와 KAIST UP Program의 받아 수행되었다.

< 국제 학술지 ‘스몰’ 2025년 10월 호 표지논문 선정 >

< 투명망토 기술 이미지(AI가 생성한 이미지) >

출처 : https://researchnews.kaist.ac.kr/researchnews/html/news/?mode=V&mng_no=56030&skey=&sval=&list_s_date=&list_e_date=&GotoPage=1