은나노와이어 이용 신축성 있는 투명전극 개발

이효영 교수팀, 늘어나는 전자기기 실마리 제공

이효영 교수

아주경제 이한선 기자 = 국내연구진이 휘어지는 단계를 넘어서는 신축성 있는 투명전극을 개발했다.

미래창조과학부는 이효영 성균관대 화학과 교수, 김운천 박사(공동 교신저자)와 이한림 박사과정 연구원(제1저자)이 공동으로 은나노와이어를 이용해 구부러지고 늘어나는 투명전극을 개발했다고 16일 밝혔다.

연구는 구부러지는 플렉서블 전자기기를 넘어 늘어나는 전자기기 개발의 실마리가 될 것으로 기대된다.

은나노와이어는 은으로 된 단면의 지름이 나노미터인 극미세선으로 전도성이 뛰어난데다 가늘고 긴 형태로 유연해 플렉서블 전극물질로 주목받고 있고 투명전극은 가시광선 영역에서 높은 광투과도와 낮은 비저항을 갖는 반도체 전극이다.

이번 연구는 미래부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업과 국내 그래핀올 사의 일부 지원으로 수행돼 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈지 10일자 온라인판에 게재됐다.

폴리머 기판은 기존 실리콘이나 금속기판보다 탄성이 뛰어나지만 위에 놓인 은나노와이어 같은 전극물질과의 결합력이 약해 물리적 스트레스에 저항이 치솟는 등 취약하다는 단점이 있어 전도성과 투과율에는 영향을 주지 않으면서 결합력을 높일 수 있는 방법을 개발하는 것이 관건이었다.

연구팀은 폴리머 기판 위에 질소 원자에 비공유 전자쌍을 가진 아민기의 얇은 실란(SinH2n+2) 분자층을 화학적으로 코팅한 신축성 있는 스트레칭 투명전극 소자를 만들었다.

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.

연구는 고접착력을 갖는 도파민, 테프론 같은 완충층을 덧입혀 투과도와 전도성을 저해하는 기존 방식의 단점을 극복할 것으로 기대된다.

얇은 아민 실란 분자층은 빛의 흡수와 반사를 최소화해 투과도를 유지할 수 있고 은나노와이어의 접합부근에 스며들지 않기 때문에 전도도에도 나쁜 영향을 미치지 않았다.

기판을 1000회 접었다 펴거나 잡아당기는 테스트를 통해 기판과 위의 전도물질이 분리되지 않는 강한 신축성을 확인했다.

이 교수는 “아민 실란 자가조립 표면개질법은 폴리머 기판의 접착력을 증진시키고 터치센싱도 잘 유지해 태양전지나 터치스크린 등 스트레처블 유기반도체 개발에 기여할 것”이라고 밝혔다.