나노기술 및 정책 정보

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국내 연구진이 기존 고분자 발광소자(PLED) 전극의 단점을 개선한 신소재 전극을 개발했음.

한국과학기술연구원(KIST) 물질구조제어연구센터 구종민 박사(센터장)와 연세대학교 나노고분자연구실 박철민 교수팀은 맥신 소재로 전극을 개발, PLED에 적용했다고 밝혔음.

맥신은 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 하프늄(Hf) 등 금속 원자와 탄소(C) 원자의 이중 원소로 이루어진 나노물질임. 두께와 길이가 각각 1~2nm(나노미터), 1-5μm(마이크로미터) 안팎이고 이차원 판상구조가 특징임. 기존 나노소재보다 제조공정이 간편하고 저비용으로 생산할 수 있음. 전기전도성도 우수함.

연구진은 이런 맥신 소재 특성에 주목, PLED 전극으로 개발했음. 현재 PLED 전극 개발은 금속 나노와이어, 탄소나노튜브와 같은 1차원 물질을 서로 겹쳐 2차원으로 확장, CVD을 이용한 그래핀 성장, 산화 그래핀을 환원시키는 방식이 주를 이루고 있음. 금속 나노 와이어는 월등한 전기적 성질을 보이지만 비싼 재료값, 큰 밀도 및 기계적 유연성 부족, 제한적 공정이 단점임. 그래핀은 높은 전기 전도도와 낮은 밀도 등 재료적 장점이 있지만 대면적으로 제작하기 어려움. 산화 그래핀 환원 방식은 낮은 전기전도도, 환원 공정에서 유해물질을 사용하는 게 문제임.

연구진은 Ti3C2 맥신 물질을 활용해 이같은 문제를 해결했음. 맥신은 금속과 같은 높은 전기 전도도 (10^6 S/m) 를 보이면서도 표면에 다수 친수성 그룹(-OH)을 포함하고 있어 용액공정도 가능함.

연구진은 다양한 기판에 맥신과 상호작용할 수 있는 표면 작용기를 형성한 후 수십 나노 수준의 얇은 2차원 박막을 구현했음. 맥신의 우수한 전기적 성질을 활용 맥신 전극 나아가 PLED 소자를 제작했음. 이와함께 유연 플라스틱 기판 위에 전극 박막을 형성, PLED 소자에 적용할 수 있다는 것을 입증했음.

구종민 박사는 “용액공정 기반의 맥신 박막, 플렉서블한 발광 소자 연구로 기존 재료에서 발생한 공정 및 전기전도성 문제를 동시에 해결할 수 있게 됐다”면서 “실용화를 위해 맥신의 장기 신뢰성, 내구성 문제해결을 위한 후속 연구를 진행할 것”이라고 설명했음.

본 연구 성과는 ‘Advanced Functional Materials’ 지에 게재됨