□ 스마트폰과 같은 전자기기의 투명전극에 널리 사용되는 희소금속인 인듐을 대체할 수 있는 은나노와이어(silver nanowire)를 산화그래핀으로 코팅함으로써 안정성을 크게 높인 투명전극 원천기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 산화그래핀으로 코팅된 은나노와이어는 유연한데다 저항성과 내구성이 강해 향후 휘어지는 디스플레이와 태양전지 등의 개발에 기여할 전망이다.
*투명전극(transparent electrode) : 빛 투과율이 높고 전기 전도성이 있는 박막으로 OLED, 평판 디스플레이, 태양전지의 필수 부품임
○ 성균관대 이효영 교수(49세)와 삼성전기 김운천 박사팀이 공동으로 수행한 이번 연구결과는 네이처 자매지 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’ 1월 23일자 온라인판에 게재되었다.
(논문명: 2D Graphene Oxide Nanosheets as an Adhesive Over-Coating Layer for Flexible Transparent Conductive Electrodes)
○ 성균관대의 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 리더연구자지원사업(창의적연구)의 지원으로 수행되었다.
□ 최근 중국과 일본의 사례에서 보듯 각종 전자기기의 소재가 되는 희귀광물은 국가간 외교분쟁의 원인이 될 만큼 중요한 전략적 자원이다. 그 가운데서도 ‘제2의 희토류’로 불릴 정도로 희귀한 인듐은 투명하면서도 전기가 잘 통해 TV나 스마트폰에 쓰이는 투명전극 필름의 원재료로 널리 사용되고 있다.
○ 하지만 인듐은 광석 1톤당 0.05g밖에 존재하지 않고 그마저 항상 주석이나 납 등과 함께 존재하기 때문에 생산이 쉽지 않다. 또 인듐으로 만든 투명전극 ‘인듐주석산화물(ITO)’은 구부릴 경우 부서지기 때문에 휘어지는 디스플레이 등에는 적용하기 힘들다.
○ 때문에 대체물질로 비교적 생산공정이 쉬운데다 가늘고 긴 형태로 인해 투명함과 휘어짐, 이 두 가지 특성을 동시에 가질 수 있는 은을 이용한 나노와이어가 주목받고 있다.
□ 연구팀은 은나노와이어를 아주 얇은 단일의 탄소층인 산화그래핀으로 코팅하여 투명도는 떨어뜨리지 않으면서도 공기에 의한 산화는 견딜 수 있도록 한 유연한 투명전극 필름을 개발했다.
○ 은나노와이어를 대면적 디스플레이에 활용하기 위해서는 산화 및 물리적 스트레스로부터 견딜 수 있도록 코팅하는 과정이 필요한데 기존 방식처럼 고분자로 코팅하는 경우 표면이 두꺼워져 투명도 및 전기전도도가 떨어진다는 문제점이 있었다.
○ 연구팀은 서로 밀착하려는 친수성의 플라스틱 기판과 친수성의 산화그래핀 사이에 은나노와이어를 위치하도록 하면 플라스틱 기판과 은나노와이어의 밀착력을 크게 높일 수 있다는 점에 착안했다. 이를 통해 높은 투명도와 전기전도도, 낮은 빛반사를 동시에 만족시킬 뿐만 아니라 2개월 이상 공기 중에 노출시켜도 산화되지 않도록 한 것이다.
□ 이 교수는 “인듐과 같은 희귀금속이 부족한 우리나라가 세계 투명전극 필름 시장에서 지속적인 우위를 선점하기 위해서는 새로운 소재발굴이나 기술개발이 필요하다. 이번 연구결과를 통해 인듐에 비해 공정이 쉽고 대량생산이 가능한 은나노와이어 및 산화그래핀을 이용할 수 있게 되어 향후 투명전극 시장에 큰 영향을 미칠 것으로 기대된다”고 연구의의를 밝혔다.
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