국내 연구진이 '은(銀)나노와이어'를 이용해 구부러지고 늘어나는 투명전극을 개발했다.
구부러지는(bendable) 플렉서블 전자기기를 넘어 늘어나는(stretchable) 전자기기 개발의 실마리가 될 것으로 기대된다.
미래창조과학부와 한국연구재단은 성균관대 화학과 이효영 교수 연구팀이 신축성 있는 스트레칭 투명전극 소자를 개발했다고 16일 밝혔다.
이번 연구에는 성균관대 김운천 박사와 이한림 박사과정 연구원이 각각 공동 교신저자와 제1저자로 참여했으며, 연결과는 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈지(Advanced Functional Materials)' 온라인판에 최근 게재됐다.
'은나노와이어(silver nanowire)'는 은으로 된 단면의 지름이 나노미터인 극미세선으로 전도성이 뛰어난데다 가늘고 긴 형태로 유연해 플렉서블 전극물질로 주목받고 있으며 용액공정으로 만들 수 있어 대량생산이 가능하다. 또 '투명전극'은 가시광선 영역에서 높은 광투과도(85% 이상)와 낮은 비저항을 갖는 반도체 전극으로 그래핀, 탄소나노튜브, 금속 나노와이어 등 다양한 물질을 기반으로 한다.
연구팀은 폴리머 기판 위에 '아민기'를 갖는 얇은 '실란 분자층'을 화학적으로 코팅한 신축성 있는 스트레칭 투명전극 소자를 만들었다.
폴리머 기판은 기존 실리콘이나 금속기판보다 탄성이 뛰어나지만 위에 놓인 은나노와이어 같은 전극물질과의 결합력이 약해 물리적 스트레스에 저항이 치솟는 등 취약하다는 단점이 있었다. 이에 전도성과 투과율에는 영향을 주지 않으면서 결합력을 높일 수 있는 방법을 개발하는 것이 관건이었다.
신축성의 핵심은 기판과 그 위에 놓인 전도물질과의 결합력을 높여 잡아당기거나 접어도 안정성을 유지하도록 한 데 있다. 실란기가 폴리머 기판에 화학적으로 결합하고 친수성인 아민기가 은나노와이어와 추가적인 강한 결합을 만들기 때문이다.
이러한 소자는 고접착력을 갖는 도파민, 테프론 같은 완충층을 덧입혀 투과도와 전도성을 저해하는 기존 방식의 단점을 극복할 것으로 기대된다. 특히 얇은 아민 실란 분자층은 빛의 흡수와 반사를 최소화해 투과도를 유지할 수 있고, 은나노와이어의 접합 부근에 스며들지 않기 때문에 전도도에도 나쁜 영향을 미치지 않았다.
이효영 교수는 "실제 이 기판을 1000회 접었다 펴거나 잡아당기는 테스트를 통해 기판과 그 위의 전도물질이 분리되지 않는 강한 신축성을 확인했다"며 "스트레칭 투명전극 소자를 개발하는 방법은 폴리머 기판의 접착력을 증진시키고 터치센싱도 잘 유지함으로써 태양전지나 터치스크린 등 스트레처블 유기반도체 개발에 기여할 것" 이라고 설명했다.
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