DGIST, 구리-그래핀 나노선 저원가 대량합성 기술 개발

세계 최초로 섬광을 이용해 구리-그래핀 나노선을 저렴하게 대량 합성
다양한 2차원 소재도 활용 가능..금속-2차원 소재 나노선 합성으로 확장

대구경북과학기술원(DGIST·총장 국양)은 이윤구 에너지공학과 교수 연구팀이 섬광을 이용해 구리-그래핀 나노선을 저원가 대량합성할 수 있는 기술을 세계 최초로 개발하고, 해당 기술을 바탕으로 고성능 투명-유연 전자소자를 제작하는데 성공했다고 14일 밝혔다.

DGIST 연구팀이 구리-그래핀 나노선 저원가 대량합성 기술을 개발하고, 고성능 투명-유연 전자소재를 제작하는데 성공했다. 이윤구 DGIST 에너지공학과 교수(왼쪽)와 김종윤 석박사통합과정생

최근 폴더블 디스플레이, 반투명 태양전지 및 웨어러블 전자기기 등 투명하고 유연한 전자소자 개발에 관심이 집중되고 있지만 기존 활용되고 있는 투명-유연 전극 소재들은 귀금속과 같은 값비싼 원재료 및 복잡한 공정 기술이 대부분이다.

차세대 투명-유연 전극소재로 구리 나노선이 주목받고 있지만 화학적 안정성이 낮아 상용화에는 한계가 있다. 반면 그래핀은 우수한 전기적 특성과 화학적 안정성으로 주목받는 소재지만 고품질의 그래핀은 진공 장비 활용이 필수여서 생산 단가가 높고 대량 합성이 어렵다.

섬광을 이용한 구리-그래핀 나노선 합성 과정

연구팀은 구리 나노선 표면에 강력한 섬광을 비추어 그래핀을 합성하는 방법으로 고품질 투명-유연 전극 소재의 원가를 절감하고, 생산 속도를 높여 양산 가능한 기술을 개발했다. 특히 해당 기술은 다양한 2차원 소재도 활용이 가능하고, 향후 금속-2차원 소재 나노선 합성으로 확장이 가능하다는 점을 확인했다. 또 구리-그래핀 나노선을 활용해 투명-유연 전극, 투명 슈퍼커패시터, 투명 히터 등 고성능 투명-유연 전자소자를 구현, 해당 소재의 상용 가능성을 입증했다.

이윤구 교수는 “고품질 구리-그래핀 나노선 기반 차세대 투명-유연 전극 소재의 저원가 대량 합성법을 개발했다”면서 “향후 해당 기술이 투명 디스플레이나 반투명 태양전지 등 고성능 투명-유연 전자소자용 핵심 전극 소재 생산에 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.

구리-그래핀 나노선을 기반으로 제작한 고성능 투명-유연 전자 소자

과학기술정보통신부 한국연구재단(NRF) 선도연구센터지원사업(태양광 에너지 지속가능 활용 연구센터) 및 나노소재 기술개발사업을 통해 수행된 이번 연구성과는 최근 에너지 분야 저명 국제 학술지 '나노에너지(Nano Energy)' 2월 호에 게재됐다.

대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com