강달영 교수팀, 친환경적 투명전극 개발의 단초 마련

상온 공정 통한 금속 나노 재료의 용접 기술 개발

나노 분야 권위지 ‘나노 레터’에 연구 결과 게재

(좌)윤성수 연구원, (우)강달영 교수

기술이 발전함에 따라 최근 휘어지는 ‘플렉서블 디스플레이’가 각광을 받고 있다. 현재 수준보다 높은 성능과 경제성을 가진 플렉서블 디스플레이를 만들기 위해서는 자유로이 구조가 변형되는 상황에도 성능이 유지되고 생산에도 많은 비용이 들지 않는 투명전극이 필요하다.

기존 평판형 디스플레이에 사용되는 ITO(Indium tim oxide)의 경우 높은 전도도와 우수한 광학적 성질을 가지고 있으나 비용이 높고 기계적 변형에 취약하다. 이를 대체하기 위해 은 나노와 이어 같은 물질들에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있으나, 은 나노와이어 기반의 투명전극은 나노와이어 접점에서 발생하는 접촉저항으로 인해 은 자체의 전기전도도보다 낮은 전기전도도를 띄게 된다. 따라서 고온 접합방식이나 레이져 접합방식 등을 이용해 이를 해결하기 위한 많은 연구가 활발히 진행되어 왔다.

그림 1. 과산화수소의 모세관 응축 현상을 이용한 은 나노와이어의 접합

강달영 교수(교신저자)와 윤성수 연구원(제1저자, 연세대 통합과정)은 모세관 응축현상을 응용해 다양한 금속 나노 재료를 접합시킴으로써 단순하고 경제적이면서 친환경적인 방법으로 플렉서블 디바이스에 응용 가능한 투명전극 형성에 성공했다. 본 연구 결과물은 나노 분야의 권위 있는 학술지인 ‘나노 레터(Nano letters)’지 6월 10일자에 게재됐다.

연구팀은 먼저 다양한 기판 위에 은 나노와이어 그물구조를 형성한 후, 상온기반의 모세관 응축현상을 이용해 이를 접합함으로써 은 나노와이어 그물구조의 전기적, 기계적 성질을 개선했다. 나아가 동일한 원리로 은 나노와이어 뿐만 아니라, 은, 구리, 철, 니켈, 코발트 등 나노파티클들 또한 상온 화학적 소결(sintering)이 가능함을 확인했다.

본 연구 결과는 향후 추가적인 연구를 통해 다양한 플렉서블 디바이스에 적용 가능할 것으로 예상된다. 즉, 접거나 잡아당기면서 힘이 가해지더라도 균일한 성능을 발휘하는 제품을 구현할 수 있을 것이다.

강달영 교수는 “본 연구의 또 다른 특징 중의 하나는 친환경적이면서도 고가의 장비 없이 대량 생산이 가능한 공정을 개발했다는 것”이라며 “반응의 부산물로 물이 형성되는 공정이면서 대면적, 고온에 취약한 유기물 기판에도 적용 가능한 공정이기 때문에 의미가 있는 연구결과”라고 밝혔다.