3세대 인쇄 가운데 하나인 나노인쇄에 요구되는 나노기술은 1981년 스위스 IBM연구소에서 원자와 원자의 결합상태를 볼 수 있는 주사형 터널링 현미경(STM)을 개발하면서부터 본격적으로 등장했다.
국내 나노기술분야는 미국, 중국, 일본, 유럽을 포함해서 세계 5위 안에 드는 정상급 수준을 자랑한다. 나노기술이 태동기 기술인만큼 선진국과 우리나라도 비슷하게 출발했다. 이러한 수준에 오르게 된 것은 우리나라 과학기술분야 예산의 많은 비중을 투자해서 지원했기 때문이다.
실례로 최근 국내 나노인쇄의 쾌거로는 구리나노입자로 플렉시블 디스플레이와 스마트폰 등에 쓰이는 전자회로를 만들 수 있는 전극 제조기술이 한국화학연구원 연구진에 의해 개발됐다.
바로 ‘플렉시블 전자산업용 신개념 구리잉크 인쇄 공정기술’이다. 이러한 성과는 세계적 수준의 우리 기술력을 보여주는 사례가 되고 있다.
日 나노잉크 경쟁력 우월, 中 거센 추격 대비
인쇄전자 영역에서 잉크산업은 특히 나노입자를 통해 가장 큰 주목을 받고 있다. 이 분야에서 우리의 주요 경쟁 상대이자 앞서 나가고 있는 국가가 이웃 일본이다.
한국화학연구원 최영민 박사에 의하면 일본은 전통적으로 경쟁력을 가지고 있는 소재 기술을 바탕으로 인쇄전자 나노잉크 분야에서도 기술 우위를 점유하고 있다.
실제로 부분적으로 산업계에서 활용되고 있는 인쇄전자용 나노잉크의 60% 정도는 일본에서 수입되고 있는 실정라고 최 박사는 전했다.
아울러 최근 과학기술 투자를 공격적으로 하고 있는 중국이 한국의 가장 강력한 경쟁상대가 되고 있다. 때문에 우리나라는 원천소재 개발을 통해 이에 대한 대비도 필요한 실정이다.
이러한 국내 나노인쇄산업에 있어 발전을 가로막는 제약은 무엇인가? 인쇄전자기술이 산업으로 이어져 발전하지 못하는 가장 큰 제약은 기존의 포토리소그래피 공정 및 설비 투자가 이미 많이 이뤄져 있는데다 안정적인 공정으로 자리 잡고 있기 때문으로 지적된다.
인쇄전자기술은 포토리소그래피 공정을 대체하고 롤투롤 등의 연속공정으로 저가 대량생산이 가능하며 유연기판 상에 전자회로 및 부품을 제조하기에 가장 적합한 공정임에는 틀림없다.
문제는 기존 공정을 대체하기에는 안정성, 양산성 등의 검증이 아직 이뤄지지 않았다. 거기에다 기존 공정의 대체 필요성이 아직 미약해 산업계에서 적극적이지 않다는 것이다.
그러나 롤투롤 공정, 유연기판 사용 등의 장점이 반드시 담보돼야 할 플렉시블전자기기, 신축성 전자기기 등의 미래소자 생산 공정에서 채용될 가능성이 매우 높다. 때문에 이와 같은 신산업분야를 타깃으로 인쇄전자용 잉크 및 공정기술 개발이 이뤄져야 할 필요성이 있다.
나노에 대한 환경유해성 문제
흔히 나노기술에 대한 장점에 대해 단점으로 지적되고 있는 것이 환경 분야다. 전기통신과 의료 등 다수의 분야에서 나노기술이 장점으로 부각되지만 한편에서는 나노입자들이 생태계를 교란하고 대기오염을 일으킬 수 있다는 우려를 표명한다.
그러나 인쇄전자 전문가들은 나노인쇄와 관련한 인쇄전자의 경우 기존 포토리소그래피 공정에 비해 공정 수는 절반으로 간단하고, 사용되는 화합물질의 폐기물 발생이 적은데다 직접 인쇄 방식으로 활용된다. 결국 원료물질 사용량이 적어 오히려 환경 친화적인 공정으로 이해한다.
물론 그렇다고 나노인쇄가 친환경적이라고 용인해서도 안 된다. 인쇄전자용 나노잉크에 사용되는 나노소재의 인체 및 환경 유해성은 현재 여러 각도에서 세계 각국에서 공동으로 안정성, 표준화가 진행되고 있는 상황이기 때문이다.
따라서 우리의 경우도 여기에 적극적으로 참여해야 한다고 전문가들은 보고 있다.
융합기술분야 나노 인재양성방안은
인쇄전자는 전도성, 반도성, 절연성 나노소재 설계 및 합성, 소재의 잉크화를 위한 포뮬레이션 및 레올로지 제어기술, 패턴정밀도가 높은 인쇄공정 및 장비기술, 인쇄공정을 이용한 유연·신축 전자부품화 기술 등 다학제적 융합기술분야다.
따라서 이들 분야가 융합된 다학제 맞춤형 교육을 통한 인재양성 프로그램이 필요한 실정이다. 이런 측면에서 기업위탁교육, 산학연협동교육 과정 등을 통해 수요 맞춤형 인재양성이 더욱 강화돼야 한다.
인쇄업계 역시 신수종산업으로의 전환 차원에서 종이인쇄에서 인쇄전자로의 갈아타기가 필요하다. 물론 1세대 인쇄와 3세대 인쇄의 분야가 달라 쉽게 다가설 수는 없다.
그런 측면에서 지속적으로 제기되고 있는 것이 국내 유수의 대학 전자공학과의 산학협력이다. 이를 기반으로 인쇄전자 전문가를 양성해 새로운 인쇄산업의 먹거리로 활용해야 한다.
한국화학연구원 최영민 박사는 “연구개발 성과가 당장 산업에 적용될 수 있는 연구나 전문연구소에서 개발된 기술을 산업화하고 제품화하는 일은 기업이 담당할 몫이라면, 장기적인 연구개발을 통해 여러 기업에서 활용할 수 있는 기반기술과 원천기술은 전문 연구소의 역할이다. 또 연구개발 인력의 양성 및 기초기술연구는 대학의 몫”이라면서 산학연의 역할이 잘 배분돼 있는 가운데 적절한 연구개발 투자 정책이 확립돼야 무한경쟁시대인 미래사회에서 세계 일등 제품을 만들어 팔 수 있을 것이라고 전했다.
아울러 과학기술 연구 결과가 실제 산업에 적용되는 데에는 인내와 기다림이 필요하다고 전했다. 급변하는 세계 기술 경쟁시대에서 아무리 급해도 꼭 명심해야 할 변하지 않는 원칙이라는 조언이다.
