미래의 폴더블 전자기기용으로 대부분의 구성요소는 반복적인 변형 하에서도 전기적 특성을 유지하기 위해 매우 우수한 유연성과 신뢰성을 가져야 한다. 본 연구에서는 접힘형 전자기기의 복합 전극을 형성하기 위해 새롭게 개발된 연속 잉크 필기(consecutive ink writing, CIW) 공정을 통해 유연한 플라스틱 기판 위에 도전성 고분자와 그래핀의 두 가지 잉크를 동시에 프린팅하였다. 도전성 고분자 잉크와 그래핀 잉크를 연속적으로 프린팅하기 위해 기존의 3차원(3D) 프린터를 프린터 헤드에 두 개의 니들을 설치하여 개조하고, 두 잉크를 시간 간격을 두어 동일한 경로로 노즐을 통해 프린팅하였다. 잉크 농도, 프린팅 파라미터, 두 잉크 간 프린팅 시간 간격 등 여러 프린팅 조건을 조절함으로써 유리 기판 위에 적층형 또는 융합된 2D 또는 3D 구조 등 다양한 형태의 복합 전극 구조를 구현하였다. 또한 두 잉크의 프린팅 순서와 3D 프린터 베드 온도를 변화시킴으로써 유연한 폴리이미드 기판 위에 더 높은 프린팅 해상도를 갖는 복합 전극을 성공적으로 제작하였다. CIW 공정을 통해 인쇄된 복합 전극은 표면 전기저항이 0.9 kΩ로 가장 낮고 높은 유연성을 나타내었으며, 접힘 시험 1000회 후에도 저항값은 안정적으로 유지되었다. 따라서 본 연구에서 개발된 CIW 공정은 폴더블 및 웨어러블 전자기기와 같은 다양한 유연 기기의 전기 부품 및 구성요소 생산에 적용될 수 있다.

최근 여러 산업 분야, 예컨대 자동차, 항공우주, 전자, 의료기기 및 군사 응용에서 금속 부품의 성능을 향상시키려는 노력이 점차 강조되고 있다. 그러나 장비 및 장치에서의 효율적인 열 생성과 열 전달과 관련된 과제는 점점 더 중요해지고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로, 기존의 금속 부품을 폴리머-탄소 복합재로 대체하면서 열을 효율적으로 관리하도록 설계된 금속-복합 하이브리드 구조의 채택이 제시된다. 본 연구에서는 양극산화 공정을 이용하여 금속 표면에 나노포어를 형성하고, 이를 3D 프린팅 폴리머/금속 하이브리드 구조를 제작하기 위한 기반으로 활용하였다. 3D 프린팅 폴리머와 알루미늄 합금 사이의 결합 강도를 향상시키기 위해 플라즈마 처리, 혼합 전해질 양극산화, 에칭을 포함한 다양한 표면 처리를 금속 표면에 적용하였다. 이러한 공정들은 폴리락트산(polylactic acid), 열가소성 폴리우레탄(thermoplastic polyurethane), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(acrylonitrile butadiene styrene), 폴리프로필렌(polypropylene), 열가소성 폴리에스터 엘라스토머(thermoplastic polyester elastomer), 그리고 폴리머와 탄소로 구성된 복합 재료 등 다양한 3D 프린팅 폴리머 필라멘트를 활용하여 경량의 폴리머/금속 하이브리드 구조를 개발하는 데 필수적이었다. 특히 폴리머-탄소 복합 소재를 사용하는 하이브리드 구조는 탄소 섬유의 탁월한 전도 특성에 기인하여 우수한 열 방출(소산) 특성을 보였다. 이러한 기술들은 자동차, 모바일 전자기기, 의료기기, 군사 응용을 포함하여 다양한 분야에 적용 가능한 경량 하이브리드 구조의 개발을 가능하게 함으로써, 장치의 열 문제를 효과적으로 해결할 잠재력을 지닌다.