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"휘어지기만 해? 우리는 늘어난다!"

최종수정 2014.02.16 12:00 기사입력 2014.02.16 12:00

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늘어나는 투명전극 개발…물리적 스트레스 최소화

[아시아경제 정종오 기자]최근 휘어지는 투명전극이 개발돼 플렉서블(flexible) 디바이스 개발에 큰 영향을 미치고 있다. 그러나 휘어지는 투명전극은 물리적 스트레스에 민감하게 반응해 온도 저항 등에 약한 특징을 가지고 있다.

국내 연구진이 이번엔 늘어나는 투명전극을 개발해 관심을 모으고 있다. 투명전극이 환경 변화에 따라 자연스럽게 늘어나면서 물리적 스트레스에 대응할 수 있게 된 것이다. 은나노와이어의 강한 결합력을 이용해 1000회 밴딩 테스트에도 안정성을 보였다.

이번에 개발된 투명전극은 은나노와이어(은으로 된 단면의 지름이 나노미터인 극미세선으로 전도성이 뛰어난데다 가늘고 긴 형태로 유연해 플렉서블 전극물질)를 이용해 늘어나는 속성을 구현했다. 구부러지는(bendable) 플렉서블 전자기기를 넘어 늘어나는(stretchable) 전자기기 개발의 실마리가 될 것으로 기대된다.

▲국내 연구진이 늘어나는 투명전극을 개발했다.[사진제공=미래부]

▲국내 연구진이 늘어나는 투명전극을 개발했다.[사진제공=미래부]


폴리머 기판(플라스틱, 에폭시계 등과 같은 고분자 물질로 된 기판으로 휘어지거나 늘어날 수 있지만 주로 소수성을 띠어 물질과 결합력이 약함)은 기존 실리콘이나 금속기판보다 탄성이 뛰어나지만 위에 놓인 은나노와이어 같은 전극물질과 결합력이 약해 물리적 스트레스에 저항이 치솟는 등 취약하다는 단점이 있었다.

연구팀은 폴리머 기판 위에 아민기(질소 원자에 비공유 전자쌍을 가진 유기화합물과 작용기)를 갖는 얇은 실란(수소화규소 SinH2n+2의 총칭. 보통 규소에 할로겐원소나 에톡시, 메톡시기가 붙어 있는 형태) 분자층을 화학적으로 코팅해 신축성 있는 스트레칭 투명전극 소자를 만들었다.
신축성의 핵심은 기판과 그 위에 놓인 전도물질과 결합력을 높여 잡아당기거나 접어도 안정성을 유지하도록 한 데 있다. 실란기가 폴리머 기판에 화학적으로 결합하고 친수성인 아민기가 은나노와이어와 추가적인 강한 결합을 만들기 때문이다.

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

이번 연구는 이효영 성균관대 화학과 교수, 김운천 박사(공동 교신저자)와 이한림 박사과정 연구원(제1저자)이 공동으로 수행했다. 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업(창의적연구)과 국내 그래핀올 사의 일부 지원으로 수행되었고 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈지(Advanced Functional Materials) 2월 10일자(논문명 Well-ordered and High density Coordination-type bonding to Strengthen Contact of Silver nanowires on Highly Stretchable Polydimethylsiloxane) 온라인판에 게재됐다.

이 교수는 "앞으로 관련 기술이 상용화되면 태양전지나 터치스크린 등 스트레처블 유기반도체 개발에 기여할 것"이라고 설명했다.

이번 투명전극 개발은 기존 실리콘과 금속 전극을 대체하며 앞으로 새로운 플렉서블 소자 시장 개척에 크게 기여할 할 것으로 기대된다. 휘어지거나 접어지는 전자소자와 기기에 대한 수요가 크게 증가함에 따라 플렉서블 디스플레이뿐만 아니라 최근 급속도로 성장하는 투명전극, LED 등에 응용될 것으로 예상된다.

다음은 연구팀과 일문일답.

▲이효영 교수

▲이효영 교수

-이번 성과의 특징은?
▲폴리머 기판을 이용해 길게 늘일 수 있는 신축성 있는 투명전극을 만들었다는 데 있다.

-어디에 쓸 수 있는지.
▲플렉서블 디스플레이, 태양전지, LED의 안정적인 투명전극체로 응용될 수 있다.

-실용화까지 필요한 시간이 궁금하다.
▲연구실 내 연구결과를 통해 보면 5년 내에 실용화가 가능할 것으로 기대하고 있다.

-실용화하는데 풀어야 할 숙제가 있다면,
▲물리적 안정성이 더 높고 다루기 쉬운 폴리머 기판의 개발이 필요하다.

-연구를 시작한 계기는?
▲기존 플라스틱 기반의 플랙서블 기기는 접힐 때 손상될 수 있어 이를 극복하기 위해 폴리머 기판을 이용한 신축성 있는 소자 개발을 생각하게 됐다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr

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