울산과학기술원(UNIST)은 은 나노와이어의 절연 피복을 교체해 투명 전극의 성능과 내구성을 동시에 높이는 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.

권태혁 UNIST 화학과 교수 연구팀은 서지훈 한전 전력연구원 박사, 조은애 KAIST 교수, 박상원 수원대학교 교수팀과 공동으로 용액 스핀 코팅 방식을 통해 은 나노와이어 전극의 전기 전도성을 개선하는 데 성공했다.

은 나노와이어는 머리카락보다 수천 배 가는 금속 실로, 얽혀 배열되면 빛을 투과하면서도 전기가 흐르는 투명 전극이 된다. 접히거나 구부러지는 전자기기에 활용하기 적합하지만, 제조 시 사용되는 PVP가 걸림돌이었다.

PVP는 나노와이어를 가늘고 긴 형태로 성장시키기 위해 표면을 감싸는 물질이지만, 전선의 절연 피복처럼 작용해 전기 흐름을 방해한다. 나노와이어가 맞닿는 접점에서 전류가 끊기면서 전극 전체의 저항이 증가하는 문제가 발생한다.

연구팀은 에틸렌글리콜 용액을 활용해 PVP 절연막을 간편하게 교체하는 방법을 찾아냈다. 은 나노와이어를 에틸렌글리콜 용액에 넣고 빠르게 회전시키면 PVP가 제거되면서 전기 전도성이 있는 새로운 막이 생성된다. 이 막은 전류 흐름을 개선하고 수분에서 은 나노와이어를 보호하며 투명도도 높이는 효과가 있다.

권태혁 교수는 "대체 물질의 점도와 휘발성, 수소 결합 능력 같은 물리 화학적 특성을 종합적으로 고려한 결과"라고 설명했다.

새로운 전극은 저항이 43% 줄어들어 전기가 2배 가까이 잘 통하게 됐다. 고온(85℃)·다습(85%) 환경에서도 성능 저하가 거의 없었고, 빛 투과율도 소폭 증가해 더 밝고 투명한 전극 제작이 가능해졌다.

이 전극으로 제작한 투명 히터는 기존 대비 발열 성능이 35% 이상 개선됐다. 저항 감소로 전류가 원활하게 흐르면서 약 6분 만에 온도가 140~145℃까지 상승했다. 기존 은나노와이어 히터는 102℃까지만 올랐다.

서지훈 박사는 "일반 전선은 외부 피복이 내부 금속을 보호해 전기적 안정성을 높이지만, 은 나노와이어는 보호 피복이 오히려 전기 저항을 유발하는 문제가 있었다"며 "복잡한 장비나 고온 처리 없이 간단한 공정으로 이를 해결할 수 있어 플렉서블 디스플레이, 웨어러블 센서, 전자 종이, 투명 히터 등 차세대 전자기기 개발에 응용 가능하다"고 밝혔다.

권준혁 UNIST 화학과 석·박통합과정생, 신현오 박사, 소준영 한전 전력연구원 책임연구원이 제1저자로 참여한 이번 연구는 화학 분야 권위 국제 학술지 '앙게반테 케미'에 9월 30일 온라인 게재됐다. 연구는 한국전력공사 전력연구원, 과학기술정보통신부 한국연구재단, UNIST의 지원으로 수행됐다.