구기거나 꼬아도 문제없는 전자소자 나왔다!

재료연구소, 은 나노와이어 이용한 차세대 투명전극 개발

이 민 선 기자

웨어러블 전자소자는 인체에 착용 가능한 전자소자로 단순히 액세서리처럼 몸에 착용하는 것이 아니라 사용자 신체의 가장 가까운 위치에서 사용자와 소통할 수 있는 장치의 첨단 기술로 주목받고 있다.

웨어러블 전자소자 시장은 현재 초기 단계에 있으나 관련 연구개발이 가속화되고 글로벌 기업들도 신제품을 속속 출시하고 있어 빠르면 2016년에는 약 67억달러(한화 약 6조8,400억원) 이상의 시장을 형성할 것으로 전망된다.

향후 스마트폰을 대체하는 미래 고부가가치 산업으로 삼성전자, 애플, 구글 등 IT 및 전자분야 업체뿐만 아니라 나이키, 아디다스와 같은 스포츠 관련 업체 등 다양한 영역에서 시장선점을 위한 기술경쟁이 치열해지고 있다.

연구팀은 간편한 인쇄 및 전사공정으로 은 나노와이어를 성형성이 뛰어나고 빛을 받으면 굳는 광경화성 폴리우레탄 기판 내부에 함몰시켜 웨어러블 전자소자용 투명전극을 제작했다.

또한, 높은 투명도와 전기전도도, 낮은 표면 거칠기를 동시에 만족시킬 뿐만 아니라 투명전극의 유연성까지 극대화시켰다. 이 기술을 적용해 제작한 투명전극은 1,000회 이상 접거나 꼬아도 여전히 기능이 유지될 뿐만 아니라 태양전지에 접목시킬 경우 구겨진 상태에서도 태양빛을 충전할 수 있다.

한편 이번 기술에 사용된 폴리우레탄 기판은 형상기억특성을 지니고 있어 구기거나 꼬아도 원래 모양으로 쉽게 회복된다. 이를 이용해 향후 웨어러블 전자소자와 의료, 스포츠, 섬유 및 식품산업과 같은 다양한 분야에도 응용할 수 있을 것으로 기대된다.

김창수 박사는 “이번 연구개발을 통해 손목에 차는 스마트폰, 플렉서블 디스플레이 및 태양전지, 웨어러블 컴퓨터와 같은 차세대 전자소자의 상용화가 앞당겨질 것으로 기대한다”며, “현재 은 나노와이어 투명전극의 상용화를 위한 연구개발과 더불어 휘어짐을 뛰어넘어 잡아당겨도 문제없는 신축성 있는 투명전극을 개발하기 위해 추가 연구를 진행하고 있다”고 밝혔다.

한편 이번 연구결과는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 미래융합기술 파이어니어 사업(광전자섬유 융합연구단, 단장 진성호 교수)으로 수행됐으며, 네이처 자매지인 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)에 게재됐다.

재료연구소에서는 지난 2012년 9월에도 은 나노와이어를 이용한 고효율 유기 태양전지 기술을 발표한 바 있는데, 이 기술은 태양전지의 투명전극으로 많이 사용되는 ITO 대신에 저가 생산이 가능한 은 나노와이어를 활용해 ITO를 사용했을 때만큼 태양전지 효율이 나온다는 내용을 골자로 한다.

이번에 김 박사가 발표한 기술은 은 나노와이어를 고무와 같은 플라스틱에 함몰시켜 유연성을 극대화시킨 기술로 태양전지뿐만 아니라 센서, 디스플레이 등 다양한 분야에 응용할 수 있으며, 기존 은 나노와이어 투명전극이 가진 단점들을 더욱 개선시켰다는 점에서 차이가 있다.