김현철 교수

기존 ITO(인듐주석산화물) 투명전극은 인듐이라는 희소 원소에 대한 의존성, 취성(brittleness), 고비용 문제로 인해 차세대 유연 전자소자 적용에 구조적 한계를 지니고 있습니다. 이를 극복하기 위해 높은 전기전도도, 유연성, 저비용 특성을 갖춘 구리나노와이어(CuNW)를 ITO 대체 소재로 연구하고 있으며, 산화 안정성 확보를 핵심 과제로 삼고 있습니다. 핵심 기술로는 EDA 매개법을 이용한 고세장비 구리나노와이어 합성, 니켈 전기도금을 통한 산화 방지 코팅, 펄스 레이저 조사(pulsed laser irradiation)를 이용한 나노와이어 네트워크 고속 소결 및 전극 제조 기술이 있습니다. 또한 구리나노와이어와 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)를 결합한 하이브리드 필름 기반 플렉서블 스마트 윈도우를 구현하였으며, 고분자 전해질 연료전지(PEMFC) 대체 소재 및 나노와이어 기반 수소 발생 촉매(HER) 개발도 병행하고 있습니다. 적용 분야는 PEMFC 전극, 수소 발생 반응 촉매, 유연 투명전극 기반 스마트 윈도우, 플렉서블 디스플레이 및 터치스크린, 웨어러블 전자소자 등 다양한 차세대 에너지·전자소자 산업에 걸쳐 있습니다. PEMFC 및 수소에너지 관련 기업(Ezbaro 등), 유연 전자소자 제조업체, 자동차 전장부품 기업과의 기술이전 및 공동연구가 가능합니다. 연구 성과로는 Scientific Reports(2017) 레이저 기반 CuNW 전극 제조 논문이 다수 피인용되었으며, Industrial & Engineering Chemistry Research, Thin Solid Films 등 SCI급 저널에 다수 게재되었습니다. 총 피인용수 약 711회 이상, h-index 17, i10-index 23을 기록하고 있으며, 구리나노와이어/MWCNT 하이브리드 필름 기반 스마트 윈도우 특허 등 다수의 지식재산권을 보유하고 있습니다. 현재 기술성숙도(TRL)는 4~5 수준으로, 실험실 규모 시제품 제작 및 환경 시험 단계에 있습니다.

유연 기판 위의 나노소재 전극 제조 및 반도체 소자 패터닝에서 기존 포토리소그래피 공정은 고비용·다단계 공정이라는 구조적 한계를 지닙니다. 펄스 레이저를 이용한 비접촉 선택적 가공은 유연 기판에 손상을 주지 않으면서 고해상도 패터닝을 가능하게 하는 핵심 대안 기술로 주목받고 있습니다. 핵심 기술로는 1064nm 펄스 레이저를 이용한 나노소재 선택적 소결 및 정밀 패터닝, 나노초 파이버 레이저 기반 ITO 패터닝(금 마스킹 레이어 활용), 레이저 유도 열처리를 이용한 태양전지 구조 결정화, 재사용 가능한 기능화 템플릿을 이용한 병렬 레이저 마이크로구조 제작 기술이 포함됩니다. 적용 분야는 유연 기판 기반 투명전극 제조, 태양전지 결정화 공정, ITO 대면적 패터닝, 차세대 스마트 윈도우 전극 제조, 플렉서블 전자소자 회로 패터닝 등 차세대 디스플레이 및 에너지 소자 산업 전반에 걸쳐 있습니다. 디스플레이·태양전지 제조업체, 레이저 장비 기업, 유연 전자소자 스타트업과의 공정 기술이전 및 공동개발이 가능합니다. 연구 성과로는 Applied Surface Science, Journal of Applied Physics 등 SCI급 저널에 게재되었으며, 레이저 기반 구리나노와이어 패터닝 공정 개발 결과가 한국정밀공학회지에 발표되었습니다. 유연기판 전극 제조 공정 기술 개발 과제를 2014년부터 2017년까지 수행하였으며(127백만원 규모), 현재 기술성숙도(TRL)는 5 수준으로 파일럿 라인 수준의 공정 검증 및 소자 구현이 가능한 단계에 있습니다.

복잡한 3D 형상의 초정밀 가공에서 공구경로 최적화는 가공 시간, 표면 품질, 공구 수명에 직결되는 핵심 기술입니다. 불완전 메시 모델 기반 공구경로 생성, micro-EDM 실시간 모니터링, 5축 가공 경로 생성 알고리즘 개발을 통해 스마트 제조 시스템 구현에 기여하고 있습니다. 핵심 기술로는 불완전 메시 모델 기반 2.5D/3D 공구경로 생성 알고리즘(등고선 평행, 지그재그, 스캘럽 높이 일정 방식), 5축 가공을 위한 CL 서피스 변형 접근법, micro-EDM 실시간 모니터링 및 전극 마모 보상, 텅스텐 전극 전기화학 에칭 제어, 고속 금속 3D 프린터용 적응형 5축 경로생성 CAM 소프트웨어 개발이 포함됩니다. 적용 분야는 금속 3D 프린팅 기반 PEMFC 통합 유동장 제작, 스마트폰용 곡면 강화유리 초정밀 금형 제작, 마이크로채널 초정밀 다이아몬드 선삭, CAM 소프트웨어 최적화, 의료용 3D 세포지지체 제작 등 정밀 제조 산업 전반에 걸쳐 있습니다. CAM 소프트웨어 기업, 정밀 금형 제조업체, 3D 프린팅 장비 기업, 자동차 부품 제조업체와의 기술이전 및 공동연구가 가능합니다. 연구 성과로는 International Journal of Advanced Manufacturing Technology, International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, Journal of Mechanical Science and Technology 등 SCI급 저널에 공구경로 관련 논문 15편 이상이 게재되었습니다. 고속 금속 3D프린터용 적응형 5축 경로생성 CAM 소프트웨어 개발 과제를 2021년부터 2022년까지 수행하였으며(60백만원 규모), 현재 기술성숙도(TRL)는 4 수준으로 핵심 기능의 실험실 수준 프로토타입 검증 단계에 있습니다.