연구성과

신소재 이종람 교수팀, 플라스틱 기판에 나노막대 제작 원천기술 개발

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플라스틱 기판에서의 빛의 흐름을 통제하여 태양전지나 LED와 같은 광소자의 성능을 향상시킬 수 있는 나노막대 제작 기술이 개발됐다. 이 고효율 나노막대는 웨어러블 스마트기기에도 적용할 수 있어 크게 주목 받고 있다.

신소재공학과 이종람 교수, 박사과정 박재용 씨 연구팀은 전기회로들로 구성되어 있는 플라스틱 기판에서 나노막대를 기존보다 수백배 빠르게 제작할 수 있는 기술을 개발, 네이처가 출판하는 ‘네이처 커뮤니케이션즈’(Nature Communications)지 6월호를 통해 발표했다.

나노막대는 빛이 퍼지는 정도를 조절할 수 있어 고효율 광소자 제작을 위한 핵심 기술이다. 이러한 나노막대 제작을 위해 지금까지 사용된 공정법들은 플라스틱 기판을 100도 이상으로 유지해야 하고, 또 1마이크로미터(㎛) 길이의 나노막대를 이 기판에서 제작하는데 1시간 이상 소요되는 등, 상용화하기에는 난관이 많았다.

연구팀은 플라스틱 기판에 은(Ag) 나노박막을 형성한 후 기체 상태인 염소 플라스마에 노출시키면 단결정*1 염화은(AgCl) 나노막대가 만들어지는 현상을 발견했다. 이를 응용, 염화은 나노막대를 1분 이내 짧은 공정 시간으로 제작할 수 있는 기술 개발에 성공했다.

포항가속기연구소를 통해 분석과 검증을 마친 이번 연구는, 나노막대의 직경 크기를 조절, 빛의 산란도를 0%에서 100%까지 자유자재로 바꿀 수 있어 LED, 태양전지와 같은 광소자 제작에 응용할 수 있다. 특히 플라스틱 기판을 상온에서 제조할 수 있고, 1분 이하의 공정 시간으로 나노막대 길이를 수 마이크로미터(㎛) 길이로 제작할 수 있어 기술 상용화를 앞당길 것으로 기대된다.

연구를 주도한 이종람 교수는 “이번에 개발된 기술로 플라스틱 기판에 단결정 나노막대를 롤투롤 (roll-to-roll) 공정*1 으로 제작할 수 있어  의미가 있다”며 “향후 웨어러블 스마트기기나 스마트 의료기술 등 고성능 플렉서블(flexible) 소자 대량 생산에 기여할 것”이라고 밝혔다.


1. 단결정(single crystal)
결정 전체가 일정한 결정축을 따라 규칙적으로 생성된 고체이다. 압전기(壓電氣)·복굴절 등 비등방성을 나타낸다

2. 롤투롤 공정(Roll-to-roll processing)
여러 개의 휘어질 수 있는 플라스틱이나 금속박에서 전자기기를 만드는 공정법이다. 주로 고분자 필름을 사용하며 최근 인쇄전자, 디스플레이, 태양전지, e-Book 등의 분야에서 크게 주목 받고 있다.