‘제2의 희토류’ 인듐 대체물질인 나노와이어 코팅기술 개발

교육과학기술부와 한국연구재단은 성균관대 이효영 교수(49세)와 삼성전기 김운천 박사 연구팀이 스마트폰과 같은 전자기기의 투명전극에 널리 사용되는 희소금속인 인듐을 대체할 수 있는 은나노와이어를 산화그래핀으로 코팅해 안정성을 크게 높인 투명전극 원천기술을 개발했다고 24일 밝혔다.

산화그래핀으로 코팅된 은나노와이어는 유연하고 저항성과 내구성이 강해 향후 휘어지는 디스플레이와 태양전지 등의 개발에 기여할 전망이다.

'제2의 희토류'로 불릴 정도로 희귀한 인듐은 투명하면서도 전기가 잘 통해 TV나 스마트폰에 쓰이는 투명전극 필름의 원재료로 널리 사용되고 있다. 하지만 인듐은 광석 1t당 0.05g밖에 존재하지 않고 주석이나 납 등과 함께 존재하기 때문에 생산이 쉽지 않다. 이에 대체물질로 비교적 생산공정이 쉽고 투명함과 휘어짐의 두가지 특성을 동시에 가질 수 있는 은을 이용한 나노와이어가 주목받고 있다.

은나노와이어를 대면적 디스플레이에 활용하기 위해서는 산화 및 물리적 스트레스로부터 견딜 수 있도록 코팅하는 과정이 필요한데, 기존 방식처럼 고분자로 코팅하는 경우 표면이 두꺼워져 투명도 및 전기전도도가 떨어진다는 문제점이 있었다.

연구팀은 서로 밀착하려는 친수성의 플라스틱 기판과 친수성의 산화그래핀 사이에 은나노와이어를 위치하도록 하면 플라스틱 기판과 은나노와이어의 밀착력을 크게 높일 수 있다는 점에 착안, 높은 투명도와 전기전도도를 이끌었다.

동시에 낮은 빛반사를 만족시켜 2개월 이상 공기 중에 노출시켜도 산화되지 않도록 했다.

이 교수는 "인듐과 같은 희귀금속이 부족한 우리나라가 세계 투명전극 필름 시장에서 지속적인 우위를 선점하기 위해서는 새로운 소재발굴이나 기술이 필요하다"며 "이번 연구결과를 통해 인듐에 비해 공정이 쉽고 대량생산이 가능한 은나노와이어 및 산화그래핀을 이용할 수 있게 돼 향후 투명전극 시장에 큰 영향을 미칠 것으로 기대된다"고 말했다.

이번 연구 결과는 네이처 자매지 '사이언티픽 리포트' 1월 23일자 온라인판에 게재됐다.

[e-mail] 김아름 기자