니켈 기반으로 하는 휘어지는 투명전극 개발돼

[산업일보]
휘어지고 접히는 차세대 광전자 소자에서 전극은 유연성과 투명성이 필수적이다. 유연한 투명 전극을 구성하는 소재로서 은, 구리가 연구됐지만 각각 재료값이 비싸거나 고온에서 산화돼 버리는 한계가 있었다.

이에, 값싼 재료와 간단한 공정으로, 산업 응용 가능성이 높은 니켈 전극이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 이대호 교수(가천대), 고승환 교수(서울대) 연구팀은 잘 휘어지고 극한 환경에서도 녹슬지 않는 니켈로 저가의 안정적이고 유연한 투명 전극을 제조했다고 한국연구재단이 밝혔다.

연구팀은 니켈 전극을 제작하기 위한 고농도의 산화니켈 나노입자 잉크를 대량 제조했다. 여기에 레이저 디지털 패터닝에 의한 선택적 환원소결 현상을 이용해 눈에 잘 보이지 않는 그물망 형태의 니켈 전극을 형성하는데 성공했다.

개발된 혁신적인 산화니켈 나노입자 잉크 덕분에 열에 약한 PET 기판에도 전도성 높은 니켈 전극을 형성할 수 있다. 산화니켈 잉크가 레이저 공정의 전력을 낮추어 기판에 가해지는 열응력*이 낮아졌기 때문이다.

니켈로 제작된 유연한 투명 전극은 여러 박리 검사에서도 기판에서 분리되지 않고, 휘거나 비틀었을 때 매우 안정적인 기계적‧전기적 성질을 나타냈다. 또한 섭씨 400도(℃) 이상, 바닷물 속 환경에서도 녹슬지 않는 우수한 내구성을 가졌다.

이대호 교수는 “니켈 전극 특유의 높은 전기적‧기계적‧화학적 안정성으로 기존 투명전극 재료들을 대체하거나 보완할 것”이라며, “휘어지고 접히는 차세대 디스플레이‧태양전지 소자는 물론, 차량용 히터, 스포츠 고글, 스마트 글래스 등의 다양한 웨어러블 장치에 응용될 것으로 기대된다“라고 연구의 의의를 설명했다.

연구팀은 이번 연구결과가 운동성이 가미돼야 하는 웨어러블 기기, 바다, 우주 등의 특수한 환경에서 안정적으로 작동하는 플렉서블 소자에 응용 가능성이 높으며, 더 나아가 수중/재해 로봇, 소프트 로봇, 개인 맞춤형 전자소자 등에서도 다방면으로 응용될 수 있을 것으로 보고 있다.

특히 이 연구에서는 값싼 재료들로 대량 합성이 가능한 소재를 사용하고, 연구에 적용되는 공정들이 매우 간단하기 때문에 관련 기술의 실질적인 산업적 응용가능성이 매우 높다고 할 수 있다.