▲ 일액형 코팅법으로 투명전극 제조법을 개발한 이건웅 박사, 한중탁 박사, 우종석 연구원과 무분산제형 분산액.

일액형 코팅 한번으로 은나노와이어(AgNW)·탄소나노튜브(CNT) 투명전극을 제조하는 법이 개발됐다.

한국전기연구원(KERI 원장 김호용)의 이건웅·한중탁 박사팀은 인듐주석산화물(ITO)을 대체할 유연 투명전극 소재인 AgNW·CNT를 분산제 없이 코팅만으로 전기적 안정성을 획기적으로 향상시키는 기술을 개발하는데 성공했다고 6일 밝혔다.

연구팀은 AgNW에 전류가 흐를 때 접점에서 단락되는 단점을 CNT와 복합화를 통해 해결했다. 이로써 각종 터치패널, 디스플레이, 에너지 소자 등에서 안정적 유연 투명전극으로 사용될 수 있다.

AgNW는 전기전도성이 매우 우수하고 지름이 작아 네트워크 구조의 투명전극으로 활용이 가능하다. 하지만 AgNW 사이의 계면 저항이 전기적 안정성 저하를 야기해 신뢰성 문제가 제기됐었다.

KERI 연구팀은 분산제 사용없이 AgNW와 단일벽 CNT(SWCNT)를 혼합한 일액형 코팅액을 플라스틱 기판에 도포해 AgNW를 CNT와 연결시켰다.

이를 통해 면저항 감소와 AgNW 네트워크의 전기적인 안정성을 획기적으로 향상시켰다.

연구팀은 CNT를 AgNW 수용액에 분산하기 위해 CNT의 손상을 최소화하고 4개의 수소결합이 동시에 이루어질 수 있는 기능기를 도입했다. 소재간 ‘반데르발스 힘’을 극복하게 함으로써 고농도의 전도성 페이스트를 제조한 것이다.

이 제조법은 일액형 코팅액을 사용함으로써 AgNW와 CNT가 균일하게 얽힌다는 장점이 있다.

도입된 기능기 때문에 CNT의 일함수가 AgNW와 비슷하게 작아져 전자이동이 쉽고 AgNW 사이 접점에서 일어나는 핫스팟 단절현상을 막을 수 있다.

이번 기술은 안정성 있는 투명전극 제조의 공정단가를 획기적으로 낮출 수 있을 것으로 기대돼 관심을 모으고 있다.

주요 개발자인 한중탁 박사는 “이번에 개발된 기술은 2013년 전기연구원이 세계최초로 개발한 무분산제형 탄소나노소재 분산기술을 기반으로 이루어진 기술”이라고 강조하고, “지름이 작은 나노와이어 형태의 금속나노소재의 불안정성을 획기적으로 개선할 수 있는 매우 유용한 기술로 각종 유연소자의 유연전극으로 활용이 가능하다”라고 설명했다.

연구팀은 현재 본 기술에 대한 특허를 출원하고, 관련업체와의 협의를 통해 기술이전 및 사업화 방안에 대한 협의를 진행할 예정이다.

한편 이번 연구는 최근 자체 정부출연금사업과 미래부 글로벌프론티어 나노기반소프트일렉트로닉스 사업단(단장 조길원 교수) 참여를 통해 진행됐으며 세계 최고 과학전문지 ‘네이처’ 자매지인 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’ 온라인판 최근호(4월25일)에 게재됐다.