▲ 적외선 센서 3차원 프린팅 a, 적외선 센서를 구성하는 전극과 광활성층 상온 인쇄 공정. b, 인쇄된 적외선 마이크로 센서의 구조와 화학적 조성. c, 인쇄된 적외선 센서 마이크로 픽셀 어레이.(그림 및 설명=KAIST)  © 특허뉴스

사람의 눈처럼 어둠 속에서도 사물을 인식하는 ‘전자눈(電子眼)’ 기술이 새로운 전기를 맞았다.

KAIST와 국내외 공동연구진이 상온에서 머리카락 굵기의 1/10 수준(10마이크로미터 이하) 초소형 적외선 센서를 3D 프린팅으로 직접 제작하는 기술을 세계 최초로 개발했다.

KAIST는 기계공학과 김지태 교수 연구팀이 고려대학교 오승주 교수, 홍콩대학교 티안슈 자오(Tianshuo Zhao) 교수와 함께, 금속·반도체·절연체를 나노잉크 형태로 쌓아 올리는 상온 3D 프린팅 공정을 개발해 기존 반도체 공정의 한계를 넘어섰다고 밝혔다.

“열 대신 잉크로 찍는다”... 고온 공정 없이 전자소자 구현

적외선 센서는 눈에 보이지 않는 빛을 감지해 전기신호로 바꾸는 핵심 부품으로, 자율주행차의 라이다(LiDAR), 스마트폰의 3D 안면인식, 웨어러블 헬스케어 기기 등 미래 전자제품의 ‘눈 역할’을 한다.

그러나 기존의 반도체 기반 제조 방식은 고온 공정(수백도 이상)이 필요해 소재 선택이 제한되고, 에너지 소비가 크며, 원하는 형태로 자유롭게 제작하기 어렵다는 문제가 있었다.

연구팀은 이 한계를 극복하기 위해 금속·반도체·절연체를 각각 나노입자 잉크로 변환해 층층이 쌓아 올리는 3D 프린팅 공정을 고안했다. 특히 ‘리간드 교환(Ligand Exchange)’ 기술을 적용해 나노입자 표면의 절연 분자를 전도성 분자로 교체, 열처리 없이도 뛰어난 전기적 성능을 구현했다.

그 결과, 상온 환경에서 머리카락의 1/10 굵기인 10마이크로미터 이하 초소형 적외선 센서 제작에 성공했다.

맞춤형·친환경 제조… 전자산업 ‘폼팩터 혁신’ 가속

이번 연구로 적외선 센서를 원하는 크기와 형태로 직접 출력할 수 있는 시대가 열리게 됐다. 고온 공정이 필요 없기 때문에 유연소재, 플라스틱 기판, 섬유 등 다양한 표면에도 직접 센서 제작이 가능해졌다.

이는 자율주행, 로봇비전, IoT 웨어러블, 스마트폰 등 차세대 전자기기의 소형화·경량화·저전력화를 앞당길 기술로 평가된다.

김지태 교수는 “이번에 개발된 3차원 프린팅 기술은 적외선 센서의 소형화·경량화를 넘어, 기존에 상상하기 어려웠던 혁신적인 폼팩터 제품 개발을 앞당길 것”이라며 “또한 고온 공정에서 발생하는 막대한 에너지 소비를 줄여 생산 단가 절감과 친환경적 제조 공정을 실현함으로써, 적외선 센서 산업의 지속 가능한 발전에 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구는 KAIST–고려대–홍콩대 공동연구의 성과로, 국제 학술지 'Nature Communications' 2026년 10월 16일자 온라인판에 게재되었다.

논문은 세계 최초로 상온에서 금속·반도체·절연체가 동시에 프린팅된 초소형 적외선 센서를 구현했다는 점에서 차세대 전자소자 제조 기술의 패러다임을 바꾼 성과로 평가받고 있다.

논문명은 Ligand-exchange-assisted printing of colloidal nanocrystals to enable all-printed sub-micron optoelectronics이다.