은 대신 값싼 니켈로 유연한 투명 전극 제조 성공

가천대 이대호-서울대 고승환 교수, 스마트 글래스 등 웨어러블 장치에 응용

▲니켈 기반 플렉서블 전극의 다양한 응용 ⓒ한국연구재단

가천대 이대호 교수와 서울대 고승환 교수 연구팀이 값싼 가격과 간단한 공정으로 산업 응용 가능성이 높은 니켈 전극을 개발했다.

연구팀은 잘 휘어지고 극한 환경에서도 녹슬지 않는 니켈로 저가의 안정적이고 유연한 투명 전극을 제조했다.

휘어지고 접히는 차세대 광전자 소자에서 전극은 유연성과 투명성이 필수적이며 유연한 투명 전극을 구성하는 소재로는 은, 구리를 사용해왔다.

그러나 이들 금속은 고가이거나 고온에서 산화돼 버리는 한계를 나타내 어려움을 겪어왔다.

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

이들 연구팀이 개발한 혁신적인 산화니켈 나노입자 잉크 덕분에 열에 약한 PET( polyethylene terephthalate) 기판에도 전도성 높은 니켈 전극을 형성할 수 있다.

산화니켈 잉크가 레이저 공정의 전력을 낮추어 기판에 가해지는 열응력이 낮아졌기 때문이다.

열응력은 물체 내부의 온도차 및 열팽창 정도의 차이에 의해 발생한 잡아다니는 힘을 일컫는댜.

니켈로 제작된 유연한 투명 전극은 여러 박리 검사에서도 기판에서 분리되지 않고, 휘거나 비틀었을 때 매우 안정적인 기계적‧전기적 성질을 나타냈다.

또 400℃ 이상, 바닷물 속 환경에서도 녹슬지 않는 우수한 내구성을 가졌다.

▲이대호 교수 ⓒ한국연구재단

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“고 설명했다.

이 연구 성과는 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials)’에 1월 11일 게재되었다.