▲ 구리-구리/틴 코어-쉘 나노입자의 TEM 이미지.

국내 연구진이 터치스크린패널, 투명 유연 디스플레이 및 조명 등 전자제품에 쓰이는 전극을 보다 좋은 성능으로 저렴하게 생산할 수 있는 기술을 개발했다.

한국화학연구원(원장 이규호)은 화학연 최영민·정선호 박사와 울산과기대 박장웅 교수가 대면적 금속광소결 공정기술이 가능하면서 저가투명기판상에 공정이 가능한 구리나노입자 표면에 구리-주석 합금상을 형성시킨 새로운 나노입자를 개발했다고 18일 밝혔다.

전극소재는 프린터블 전자/에너지 소자 제작에 있어서 가장 핵심적인 기본 요소로, 고품질의 전극을 만들기 위해서는 고전도성을 만족시킬수 있는 금속나노입자 합성기술이 요구되고 있다.

현재 전극소재로 널리 쓰이고 있는 은나노소재의 경우, 다양한 특징적인 장점에도 불구하고 가격이 비싸다는 단점이 있었다. 이에 화학연구원은 지난해 2월, 높은 전도성을 가지면서도 저가로 간편하게 제작할 수 있는 ‘구리나노입자’ 합성기술을 개발한 바 있다.

구리-주석 합금은 녹는점이 낮아서 순간적으로 적은 양의 빛을 줘도 높은 전도성을 띄는 전극을 잘 형성한다. 투명한 저가 기판은 빛과 열에 의해 잘 손상된다는 단점이 있는데, 이번에 개발된 입자들로 전자회로를 만들면 에너지를 적게 줘도 되기 때문에 투명 기판의 손상도가 적다.

또한 기존에는 입자에 에너지를 줄 때 열처리를 했으나 열처리는 시간이 많이 걸리고 높은 온도로 인해 기판에 손상을 줄 수 있어, 연구팀은 급속광소결 기술을 도입했다. 급속광소결 기술은 입자에 1,000분의 1초 단위로 순간적인 빛을 쏘아서 물리적·화학적 특성을 변화시킬 수 있는 기술이다.

화학연구원 최영민 박사는 “이번에 개발한 구리합금 전극 제조기술은 기존 소재에 비하여 대기 중에서 대면적으로 저온 급속광소결이 가능하여 저가 유연투명전극으로 활용할 수 있다는데 의미가 있다”며 “구리나노소재의 장점을 극대화하면서 상용화에 한발짝 더 나가게 됐다”고 연구의의를 밝혔다.

한편 이번 연구결과는 케미스트리 오브 머티리얼즈 (Chemistry of Materials)지 최신호(2016년 7월12일자)에 게재됐으며 상용화를 위한 추가적인 보완 연구를 진행하고 있다.