Virginia Tech가 3D 프린팅된 액체 금속(갈륨-인듐) 복합재료를 시연했으며, 이는 열 전도도를 40배 향상시켜 컴퓨팅 시스템의 고급 방열을 가능하게 한다.

Virginia Tech 대학원생 Hugh Grennan이 액체 금속과 실리콘을 결합한 새로운 3D 프린팅 복합재료를 개발했습니다. 이 복합재료는 향상된 열전도도를 제공합니다. 3D Printing Nerd 유튜브 채널의 발표에서 Grennan은 이 재료가 전기를 전도할 수 있고, 절단 후에도 기능이 유지되며, 열 분산재로 성공적으로 인쇄될 수 있음을 시연했습니다. 이는 기본 실리콘의 40배에 달하는 열전도도를 달성했습니다.

이 복합재료는 공융점 갈륨-인듐(EGaIn)(상온에서 액체 상태를 유지하는 대략 갈륨 3부와 인듐 1부로 이루어진 금속 합금)을 경화되지 않은 폴리디메틸실록산(PDMS) 실리콘에 현탁시킨 것으로 구성됩니다. 혼합되면 액체 금속은 분리된 액적들로 나뉘며, 각 액적은 얇은 갈륨 산화물 막으로 둘러싸여 있습니다. 약 1시간 동안 오븐에 들인 후, 실리콘은 고체로 경화되지만 금속 액적들은 내부에서 액체 상태로 유지되며, 지름이 10~100 마이크론 범위입니다. 이러한 구조는 복합재료에 부드러운 탄성, 극도의 인성, 그리고 자가 치유 전자 회로의 능력을 제공합니다.

이 연구는 Virginia Tech의 VT MADE(신규 첨단 제조 센터) 내 Soft Materials and Structures Lab에서 진행되었습니다. Grennan은 이 복합재료로 로드된 주사기 공급식 3D 프린터를 사용합니다. 프린터의 설정은 노즐 압출 속도와 인쇄 베드 이동 사이의 비율을 제어하며, 이는 액적을 둥근 모양에서 길고 얇은 형태로 신장시킵니다. 이러한 신장은 매우 중요합니다. 이는 열 흐름을 액적의 긴 축을 따라 열 원점에서 열 흡수체로 향하게 합니다.

Advanced Functional Materials에 게재된 2025년 논문은 해당 랩을 지휘하는 부교수 Michael Bartlett이 공저했으며, 인쇄된 복합재료의 액적 방향을 따라 측정한 열전도도는 9.9 W/mK입니다. 이는 미충전 실리콘의 약 40배입니다. Additive Manufacturing에 게재된 별도의 2024년 논문은 액적 형태 유지 및 재구성에서 산화물 막의 중요한 역할을 강조했습니다.

Grennan은 인덴터로 주물 슬래브에 선을 눌러 재료의 전기 특성을 시연했습니다. 압력으로 인해 액적들이 LED를 밝히는 전도 경로로 합쳐졌습니다. 그 후 면도날로 경로를 절단하고 근처에서 다시 눌렀으며, LED가 희미하게 다시 밝혀졌습니다. 액적들은 실리콘 매트릭스와 개별 산화물 막 모두에 의해 서로 절연되어 있습니다. 합쳐진 금속을 통해 전도 경로가 형성되면, 절단이 경로를 영구적으로 끊지 못합니다. 액체 금속이 손상 주변으로 흘러갑니다.

잠재적 응용 분야는 맞춤형 열 흡수체와 신축성 웨어러블 장치를 포함합니다. 액체 금속은 이미 일부 고급형 하드웨어에 사용 중입니다. Nvidia의 GeForce RTX 5090 Founders Edition은 전통적인 써멀 페이스트 대신 갈륨 합금을 사용합니다. 웨어러블 시장은 계속 확대 중이며, IDC는 2026년 1분기에 전 세계 1억 4,570만 대의 출하량을 보고했으며, 전년동기대비 4.3% 증가를 기록했습니다. 해당 랩의 최근 연구는 3D 프린팅 전도 부품을 위한 신축성 액체 금속 및 폴리머 원료를 다루고 있으며, 전기 자동차, 로봇공학, 전자제품의 방향성 냉각 응용과 신축성 웨어러블 장치를 위한 고도화된 솔루션이 근기간 내 가능할 것으로 시사합니다.