대구경북과학기술원(DGIST·디지스트)은 에너지공학과 이윤구 교수 연구팀이 섬광을 이용해 구리-그래핀 나노선을 저원가 대량합성할 수 있는 기술을 세계 최초로 개발하고 해당 기술을 바탕으로 고성능의 투명-유연 전자소자를 제작하는데 성공했다고 14일 밝혔다.
최근 폴더블 디스플레이, 반투명 태양전지, 웨어러블 전자기기 등 차세대 전자 기술의 발전으로 투명하고 유연한 전자소자 개발에 많은 관심이 집중되고 있다. 하지만 기존에 활용되고 있는 투명-유연 전극 소재들은 귀금속과 같은 값비싼 원재료와 복잡한 공정 기술을 사용하거나 저품질로 인한 낮은 성능과 내구성 등으로 제품에 활용하기 어려웠다.
차세대 투명-유연 전극 소재로 주목받는 구리 나노선은 전기적 특성이 우수하나 화학적 안정성이 매우 낮아 상용화에 많은 제약이 있다. 반면 그래핀은 우수한 전기적 특성과 화학적 안정성으로 주목받는 소재지만 고품질의 그래핀은 진공 장비 활용이 필수여서 생산 단가가 높고 대량 합성이 어렵다는 단점이 있다.
이에 디지스트 이윤구 교수 연구팀은 구리 나노선 표면에 강력한 섬광을 비춰 그래핀을 합성하는 방법으로 고품질 투명-유연 전극 소재의 원가를 절감하고 생산 속도를 높여 대량 생산이 가능한 기술을 개발했다. 특히 해당 기술은 다양한 2차원 소재(하나의 원자층으로 이루어진 결정형 물질의 단일 층)도 활용이 가능하고 향후 다양한 종류의 금속-2차원 소재 나노선 합성으로 확장이 가능한 것으로 확인했다.
또 연구팀은 구리-그래핀 나노선을 활용해 투명-유연 전극, 투명 슈퍼커패시터, 투명 히터 등의 고성능 투명-유연 전자소자를 구현해 해당 소재의 상용 가능성을 입증했다.
디지스트 에너지공학과 이윤구 교수는 “이번 연구를 통해 고품질 구리-그래핀 나노선 기반의 차세대 투명-유연 전극 소재의 저원가 대량 합성법을 개발했다”며 “향후 해당 기술이 투명 디스플레이, 반투명 태양전지 등 고성능 투명-유연 전자소자용 핵심 전극 소재 생산에 기여할 것으로 기대한다”고 밝혔다.
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단(NRF) 선도연구센터지원사업(태양광 에너지 지속가능 활용 연구센터), 나노소재 기술개발사업을 통해 수행했으며 에너지 분야의 저명한 국제 학술지(Nano Energy) 23년 2월 호에 게재됐다.
대구=최일영 기자 mc102@kmib.co.kr
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