매우 안정적인 구리 나노와이어 전도체

중국 연구진은 매우 안정적인 구리 나노와이어 전도체를 개발하는데 성공했다.

대부분의 프린트되는 전자장치는 전도성 재료를 가진 잉크에 의존한다. 은 나노와이어의 뛰어난 전도성과 특유의 유연성 때문에 그들은 유연하고 신축성을 가진 전극을 제조할 수 있게 한다.

구리는 은과 같은 다른 전극에 비해서 매우 저렴하고 더 풍부하게 존재하기 때문에, 제조 비용을 매우 절감한다. 이런 장점에도 불구하고, 구리 나노와이어 전도체는 유연하고 신축성이 있는 차세대 광전자장치에 적용하는데 심각한 문제가 존재한다. 즉, 그들은 은과 거의 유사한 전도성을 가지지만, 이런 전도성은 안정적이지 않다.

이번 연구진은 산화, 굽힘, 스트레칭, 비틀림 등에 매우 높은 안정성을 가진 전도성 구리 나노와이어 탄성중합체(elastomer)를 개발했다. 이 물질은 플렉서블 및 신축 가능한 광전자장치의 전극으로서 매우 유망할 것이다.

“이전에 제안된 2단계 방법과 대조적으로, 우리는 Cu4Ni 합금 쉘(shell)을 가진 매우 안정적이고 전도성을 가진 구리 나노와이어를 합성할 수 있는 새로운 방법을 개발했다”고 남경이공대학(Nanjing University of Science and Technology)의 Haibo Zeng 교수가 말했다. “이러한 연속 성장 및 in situ 표면 합금, 매우 높은 결정성을 가진 합금 쉘, 분명한 계면, 50 μm 이상의 길이, 부드러운 표면 때문에 그들은 높은 안정성을 달성할 수 있었다.” 이번 연구팀은 저널 Nano Letters에 이 연구결과를 게재했다.

80% 투명도에서 62.4ohm/sq의 낮은 저항을 가진 나노와이어-탄성중합체 복합물의 성능은 ITO/PET 플렉서블 전극에서 상용화된 것보다 훨씬 더 우수하다. 또한 순수한 구리 나노와이어와 비교했을 때, 이번 연구진은 Cu@Cu4Ni 나노와이어 전극의 실제 수명이 1,200 일 이상일 것이라고 추정했다.

“이것은 지금까지 전극을 기반으로 하는 구리 나노와이어에서 보고된 것 중에서 가장 긴 안정화 기간이고, 다양한 플렉서블 장치의 요구를 충족한다”고 Jizhong Song은 말했다. “전도성 회로로서 이런 구리 나노와이어 탄성중합체를 가진 OLED의 성능과 전도성은 600 주기의 굽힘, 스트레칭, 비틀림 테스트 동안에 분명한 저하를 보이지 않았다”고 Song은 덧붙였다. 

실제 적용에서 플렉서블 및 신축성을 가진 광전자장치를 위한 투명 전도성 전극으로서 이런 구리 나노와이어를 사용하는데 가장 큰 문제점은 롤-투-롤(roll-to-roll), 블레이드 코팅 제조와 같은 용액 기반의 산업용 프로세스와 호환될 수 있게 만드는 것이다. 이번 연구진에 따르면, 이것은 나노와이어 잉크의 점도와 표면 인장을 최적화함으로써 해결될 수 있을 것이다.

이번 연구진은 전도성 Cu@Cu-Ni 나노와이어 탄성중합체가 용액 기반의 플렉서블 및 신축성을 가진 유기 광발광 다이오드와 태양전지에 적용하는 것 이외에도 착용 가능한 전자장치, 로봇 피부, 이식형 의료용 기기, 스마트 전기변색 윈도(electrochromic window)와 같은 다른 분야에도 큰 잠재력을 가지고 있다고 말했다. 이 연구결과는 저널 Nano Letters에 “Superstable Transparent Conductive Cu@Cu4Ni Nanowire Elastomer Composites against Oxidation, Bending, Stretching, and Twisting for Flexible and Stretchable Optoelectronics”라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1021/nl502647k).

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 매우 안정적인 구리 나노와이어 전도체