□ 가격경쟁력과 전기전도성이 높은 구리나노입자로 플렉시블 디스플레이, 스마트폰 등에 쓰이는 전자
회로를 만들 수 있는 전극 제조기술이 국내 연구진에 의해 개발되어 상용화를 앞두고 있다.
○ 한국화학연구원(원장 이규호) 최영민/정선호 박사가 주도하고 오상진 /조예진 연구원이 주저자로
참여한 이번 연구결과는 영국왕립화학회 나노스케일 (Nanoscale)지 최신호 (2015년 2월 21일) 내부
표지 논문으로 선정되었으며, 한국화학연구원이 미래성장동력 발굴을 위해 추진하고 있는 “Top-Down
임무형 주요사업”의 지원을 받아 수행되었다.
※ 영문 제명: Ambient Atmosphere-Processable, Printable Cu Electrodes for Flexible Device Applications:
Structural Welding on a Millisecond Timescale of Surface Oxide-Free Cu Nanoparticles
□ 연구팀은 산화막이 표면에 형성되는 것을 막아주면서 나노입자를 합성할 수 있는 구리나노입자*
합성기술과 1000분의 1초 단위의 광열처리 기술**을 통해 공기 중에서 인쇄형 구리배선을 연속으로
제조할 수 있는 기술을 개발했다.
* 구리나노입자와 산화막 형성 : 구리나노입자의 표면에 산화막이 형성되면 전기가 잘 흐르지 않기 때문에
전자배선에 쓰이는 구리나노입자의 표면 산화막을 방지하는 것이 중요함. 본 연구를 통해 구리나노입자의
산화막 형성을 방지하면서 나노입자를 합성할 수 있는 기술을 개발.
** 10-3초 단위의 광열처리 기술: 기존의 열에너지를 이용하는 열처리 공정과 달리 순간적인 광조사를 통해
나노입자기반 박막의 물리적/화학적 특성을 변화시키는 기술
○ 가격경쟁력이 우수한 구리나노입자 소재의 활용에 있어서 한계점으로 여겨진 산화막 형성을 극복
하고, 추가적인 공정 없이 일반 공기 중에서 연속적으로 제조하는 기술을 제시함으로써, 미래
유연소자용 배선을 높은 전도성을 확보하면서도 저가로 간편하게 제조할 수 있다는 데 의미가 있다.
□ 또한 본 연구를 통해 제시된 공정기술은 생산성이 높은 롤투롤 (roll-to-roll)* 공정기술에 적용이 가능
하며, 순간적인 광조사를 통해 구리입자의 확산 움직임을 적층소자구조**에서 효율적으로 제어하여
우수한 성능의 소자를 제작할 수 있음을 규명하였다.
*롤투롤 : 기판에 회로배선을 인쇄형으로 연속 제조할 수 있는 기술. 대면적 전도성 박막을 높은 생산성으로
제조할 수 있음.
**적층소자구조 : 디스플레이 등에 쓰이는 전자회로 기판에는 여러 층의 소자들이 겹겹이 쌓인 구조를 이루고
있으며, 원하는 성능을 나타내기 위해서는 이 층 사이에 원자가 확산하는 것을 효율적으로 제어하는 것이
필요함
○ 본 성과는 국내 전자소자 회사 2곳에 기술이전 되어 상용화가 2~3년 내에 이루어질 예정이며, 산업계
응용을 보다 확장하기 위하여 추가적인 상용화 연구를 진행하고 있다.
□ 최영민 박사는 “은나노입자 기반 기술은 가격이 비싸고, 기존의 구리입자 기반 기술은 열처리 온도가 높아
유연기판에 적용하기 어려우며 산화방지를 위해 비활성 가스도 주입해야 하는 등 공정상의 제약이 있었다.”
며 “이번 연구를 통해 터치스크린, 전자파 차단 필름 등에 쓰이는 연성회로기판의 전자회로를 보다
저렴하고 효율성이 높은 구리나노입자 기반의 인쇄형 전극으로 제조할 수 있게 되어, 미래 플렉시블
전자산업에 획기적인 역할을 할 것으로 기대된다”고 연구의의를 밝혔다.
정선호 박사는 “구리 전자잉크를 바탕으로 섬유, 의류 등에 적용이 가능하도록 쉽게 늘어날 수 있는
회로를 3D 프린팅으로 인쇄하는 기술을 추가 개발하고 있다”며 현재 수행하고 있는 연구도 소개하였다.
○ 향후, 구리나노입자 기반 유연 전도성 전극이 적용될 수 있는 플렉시블 전자소자 시장은 2018년까지 150억
달러(10조6천억원)으로 성장할 것으로 기대되고 있다.
※ 출처: Conductive Ink Martket 2014-2024 (IDtechEx)