성능 좋고 내구성 뛰어난 투명전극 개발

KIST·연세대 공동 연구팀

국내 연구진이 전기적 성능이 뛰어나면서 내구성까지 만족시키는 플렉시블 전자기기용 투명전극(사진)을 개발하는 데 성공했다.

오영제 한국과학기술연구원(KIST) 광전소재연구단 책임연구원과 연세대 기계공학부 김대은 교수·김창래 연구원(박사) 공동 연구팀은 은나노선과 탄소나노 소재를 이용해 유연하면서 빛이 잘 통하고 전기적 성능이 뛰어난 하이브리드 투명전극을 개발했다고 24일 발표했다.

웨어러블 전자기기와 플렉시블 디스플레이 등에 사용하는 전극 소재는 자주 접고 휠 경우 전기적 성능이 떨어지면서 수명이 줄어드는 단점이 있다.

은나노선은 뛰어난 전기적·광학적 특성을 가지고 있어 유기태양전지나 OLED(유기발광다이오드) 디스플레이, 웨어러블 센서 등 휘는 전자기기에 쓰이는 투명전극용 나노 소재로 주목받고 있다.

연구진은 은나노선과 평면 형태의 탄소 덩어리인 그래핀, 튜브 형태의 탄소나노튜브를 여러 층으로 쌓으면 은나노선으로만 이뤄진 단일 막보다 내구성이 훨씬 뛰어나다는 사실을 알아냈다. 2000회 이상 완전히 접었다 펴도 전기적 특성을 유지한다. 은나노선으로 이뤄진 단일 막보다 내구성이 수십~수백 배 높았다.

이는 은나노선 층을 덮고 있는 탄소나노튜브 층이 용수철 같은 역할을 해서 접촉 압력과 굽힘 응력을 효과적으로 분산시킨 덕분이다. 표면에 형성된 그래핀이 고체윤활제 역할을 해서 내구성을 떨어뜨리는 마찰력과 전단응력을 줄여준 것이다. 연구진은 전기적 성능을 검증하기 위해 휘는 투명전극 발열기를 제작해 성에를 제거하는 데도 성공했다.

오 책임연구원은 “은나노선의 안정성과 수명 문제를 해결하면 간단한 공정과 낮은 비용으로 내구성 좋은 플렉시블 기기 상용화를 앞당길 수 있다”고 말했다.

박근태 기자 kunta@hankyung.com