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안정성 높고 잘 휘는 니켈 기반 투명 전극 개발

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안정성 높고 잘 휘는 니켈 기반 투명 전극 개발

2019.01.31 15:19
왼쪽부터 이대호 가천대 기계공학과 교수, 고승환 서울대 기계항공공학부 교수, 부빈남 가천대 기계공학과 연구원, 신재호 서울대 기계항공공학부 연구원의 모습이다. 공동연구팀은 니켈을 기반으로 한 고안정성 휘어지는 투명 전극을 개발했다. 한국연구재단 제공
왼쪽부터 이대호 가천대 기계공학과 교수, 고승환 서울대 기계항공공학부 교수, 부빈남 가천대 기계공학과 연구원, 신재호 서울대 기계항공공학부 연구원의 모습이다. 공동연구팀은 니켈을 기반으로 한 고안정성 휘어지는 투명 전극을 개발했다. 한국연구재단 제공

국내 연구팀이 녹슬지 않고 유연한 투명 니켈전극을 개발했다. 저렴한 재료와 간단한 공정으로 산업 응용 가능성이 높아 기대를 모은다.


이대호 가천대 기계공학과 교수와 고승환 서울대 기계항공공학부 교수는 극한 환경에서도 잘 녹슬지 않고 유연한 투명 니켈전극을 개발했다고 31일 밝혔다.


전극은 전기가 드나드는 양쪽 끝인 +극과 -극을 의미한다. 전극을 통해 빛을 내는 LED와 같은 광전자 소재에 전류가 전달된다. 휘어지고 접히는 차세대 광전자 소자들이 출현하면서 전극도 유연성과 투명성을 필수적으로 갖춰야했다. 유연한 투명 전극 소재로 은과 구리가 연구대상으로 쓰였지만 비용이나 고온에서 산화하는 문제가 있어 부적합했다.  


연구팀은 은과 구리를 대신 니켈을 사용했다. 연구팀은 니켈 전극을 제작하기 위해 고농도의 산화니켈 나노입자 잉크를 대량 제조했다. 금속산화물 나노입자가 금속으로 환원됨과 동시에 소결되는 선택적 환원소결 현상을 이용해 눈에 잘 보이지 않는 그물망 형태의 니켈 전극을 형성하는데 성공했다. 선택적 환원소결 현상은 나노입자로 구성된 박막에 레이저를 선택적으로 조사하여 간단하고 편리하게 전극을 프린팅할 수 있는 기술인 레이저 디지털 패터닝을 통해 발생시켰다.


열에 약판 PET 기판에도 니켈 전극을 형성할 수 있다는 것으로 나타났다. 연구팀은 “산화니켈 나노입자 잉크가 레이저 공정의 전력을 낮추어 기판에 가해지는 열응력을 낮췄기 때문”이라고 설명했다. 열응력은 물체 내부의 온도차 및 열팽창 정도의 차이에 의해 발생한 응력을 뜻한다. 
연구팀은 “니켈로 제작된 유연한 투명 전극은 여러 박리 검사에서도 기판에서 분리되지 않았다” 며 “휘거나 비틀었을 때 매우 안정적인 기계적‧전기적 성질을 나타냈고 섭씨 400도 이상이나 바닷물 속 환경에서도 녹슬지 않았다”고 밝혔다.


이 교수는 “니켈 전극 특유의 높은 전기적‧기계적‧화학적 안정성으로 기존 투명전극 재료들을 대체하거나 보완할 것”이라며 “휘어지고 접히는 차세대 디스플레이‧태양전지 소자와 차량용 히터, 스포츠 고글, 스마트 글래스와 같은 다양한 웨어러블 장치에 응용될 것으로 기대된다“고 말했다.


이번 연구는 한국연구재단 지원을 받았으며 연구 결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스’ 11일자에 게재됐다.
 

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