국내 연구진이 잘 휘어지고 극한 환경에서도 녹슬지 않는 니켈을 이용해 안정적이고 유연한 투명전극 제작 기술을 개발했다.

가천대 기계공학과 이대호 교수팀과 서울대 기계항공공학부 고승환 교수팀은 31일 고농도 산화니켈 나노입자 잉크를 만든 뒤 레이저 디지털 패터닝 기술을 이용해 PET 기판에 투명 니켈 전극을 형성하는 데 성공했다고 밝혔다.

휘어지고 접히는 차세대 광전자 소자에서 전극은 유연성과 투명성이 중요하다. 현재 유연한 투명전극 소재로는 은과 구리가 연구되고 있지만 가격이 비싸거나 고온에서 산화되는 한계가 있어 대체 소재를 찾는 연구가 진행되고 있다.

연구팀은 잘 휘어지고 녹슬지 않는 니켈에 주목했다. 먼저 고농도의 산화니켈 나노입자 잉크를 대량 제조한 뒤 나노입자 박막에 레이저를 쏘여 전극을 프린팅하는 레이저 디지털 패터닝 기술을 적용, 유연하고 투명한 PET 기판에 잘 보이지 않는 그물망 형태의 니켈 전극을 형성하는 데 성공했다.

니켈로 제작된 유연한 투명전극은 여러 박리 검사에서도 기판에서 분리되지 않고, 최대 1만번 휘거나 비틀어도 매우 안정적인 기계적·전기적 성질을 유지하는 것을 확인됐다. 또 400℃ 이상의 고온과 바닷물 속 환경에서도 녹슬지 않는 정도 내구성이 우수한 것으로 나타났다.

이대호 교수는 "니켈은 특유의 높은 전기적·기계적·화학적 안정성으로 기존 투명전극 재료들을 대체하거나 보완할 수 있을 것"이라며 "휘어지고 접히는 차세대 디스플레이·태양전지 소자는 물론 차량용 히터, 스포츠 고글, 스마트 글라스 등 다양한 웨어러블 장치에도 응용이 가능할 것"이라고 말했다.

한국연구재단 기초연구사업과 한국에너지기술평가원 에너지인력양성사업 지원으로 수행된 이 연구 결과는 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials)'에 게재됐다.