은(Ag)나노와이어 전선의 '피복'을 교체해 투명전극의 전기전도도를 높일 수 있는 기술이 개발됐다. 피복을 교체한 은나노와이어 전극은 전기가 2배 가까이 더 잘 흐르고 내구성도 좋아졌다.
울산과학기술원(UNIST)은 권태혁 UNIST 화학과 교수팀과 서지훈 한전전력연구원 연구원, 조은애 KAIST 교수, 박상원 수원대 교수팀이 협력해 간단한 용액 스핀 코팅만으로 은나노와이어의 '절연 피복'을 교체해 전극 성능과 내구성을 동시에 향상시키는 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.
은나노와이어는 나노 굵기의 금속 실로, 전기가 잘 흐르면서도 빛을 투과시키는 '투명 전극' 소재다. 은나노와이어를 가늘고 길게 성장시키려면 PVP라는 물질로 와이어 표면을 절연 피복처럼 감싸줘야 한다.
문제는 성장 후에도 남아 있는 PVP로 인해 나노와이어끼리 맞닿는 부분은 전류가 끊기고 전극 전체 저항도 높아진다는 점이다.
공동 연구팀은 에틸렌글리콜(EG)용액으로 이 PVP 절연막을 손쉽게 교체하는 기술을 개발했다. 은나노와이어를 EG용액에 담아 빠르게 회전시키자 PVP가 걷혀 나가고 전기가 잘 통하는 새 막이 형성됐다. 이 막은 전류 흐름을 높이는 동시에 은나노와이어를 수분으로부터 보호하고 투명도까지 개선하는 것으로 나타났다.
시험 결과, 절연막 교체 은나노와이어 전극은 저항이 43% 감소해 전기가 두 배 가까이 잘 통했다. 고온(85℃)·다습(85%) 환경에서도 성능이 쉽게 떨어지지 않았고, 빛 투과율도 소폭 상승해 더 밝고 투명한 전극을 만들 수 있었다.
이 전극으로 만든 투명 히터는 기존 대비 35% 이상 발열 성능이 향상됐다. 저항이 낮아져 전류가 더 잘 흐르기 때문에 히터를 켠 지 약 6분 만에 온도가 140~145℃까지 빠르게 상승했다. 기존 은나노와이어 히터는 102℃까지 오르는 데 그쳤다.
권태혁 교수는 “대체 물질의 점도와 휘발성, 수소 결합력 등 물리화학적 특성을 모두 고려한 연구개발 성과”라며 “복잡한 장비나 고온처리 없이 간단한 공정으로 절연막을 대체할 수 있어 플렉서블 디스플레이, 웨어러블 센서, 전자 종이, 투명 히터 등 차세대 전자기기 개발에 응용할 수 있다”고 말했다.
연구 결과는 '앙게반테 케미' 9월 30일 온라인 게재됐다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com