▲ 스핀 코팅을 이용한 은 나노와이어 표면(리간드) 교환 과정 모식도 / 은 나노와이어(AgNWs)의 표면을 감싸 절연체 역할을 하던 기존 PVP 피복이, 스핀 코팅 과정에서 에틸렌글라이콜(EG) 리간드로 자발적으로 교체되는 과정을 보여준다. 왼쪽의 AgNWs–PVP는 두꺼운 절연층 때문에 전류가 흐르기 어렵지만, 오른쪽의 AgNWs–EG는 EG가 PVP와 수소결합을 형성해 복합체를 만들며 표면에 안정적으로 흡착함으로써 전도성과 내구성이 크게 향상된다. 중앙의 ‘리간드 선택 규칙’은 점도, 휘발성, 수소결합 형성 능력 등 EG의 물성이 이러한 자발적 교환 반응을 가능하게 함을 나타낸다.(그림 및 설명=UNIST)  © 특허뉴스

투명하면서도 전기가 잘 통하는 ‘은 나노전선(Ag nanowire)’ 전극의 한계를 극복한 새로운 기술이 개발됐다.

UNIST를 비롯한 국내 연구진이 절연체 피복을 대체하는 간단한 공정 기술을 통해 전도성과 내구성을 동시에 끌어올리며, 플렉서블 디스플레이와 투명 히터의 상용화 가능성을 한층 앞당겼다.

“절연 피복을 벗기니 전기가 살아났다”

UNIST 화학과 권태혁 교수팀은 한전 전력연구원 서지훈 박사, KAIST 조은애 교수, 수원대 박성원 교수팀과 함께 에틸렌글리콜(EG) 용액을 이용한 은 나노와이어 피복 교체 기술을 개발했다.

기존 은 나노와이어 전극은 제조 과정에서 쓰이는 PVP(Polyvinylpyrrolidone)가 전류 흐름을 차단해, 전극 전체의 저항을 높이는 한계가 있었다.

연구팀은 은 나노와이어를 에틸렌글리콜 용액에 담아 빠르게 회전시키는 ‘스핀 코팅 공정’을 통해 PVP 절연막을 제거하고, 전류가 통하는 새로운 보호막을 형성했다.

이 결과, 전극 저항이 43% 감소하고 전류 전도성이 약 2배 향상되었으며, 고온(85℃)·다습(85%) 조건에서도 성능 저하가 거의 없었다.

권태혁 교수는 “대체 물질의 점도, 휘발성, 수소 결합 능력 등 물리화학적 특성을 최적화한 결과”라며 “단순한 공정으로도 고성능 전극을 구현할 수 있다”고 설명했다.

더 밝고, 더 빠른 ‘투명 히터’ 구현

개선된 전극은 빛 투과율이 향상되어 투명도가 높을 뿐 아니라, 전류 흐름이 원활해 투명 히터의 발열 효율이 35% 이상 증가했다.

실제 실험에서 히터는 작동 후 약 6분 만에 140~145℃까지 도달, 기존 은 나노와이어 히터(102℃)보다 훨씬 빠르고 균일한 열 분포를 보였다.

이 같은 성능 향상은 웨어러블 센서, 전자 종이, 접히는 디스플레이 등 차세대 유연 전자기기 상용화에 핵심적인 진전으로 평가된다.

“복잡한 장비 없이, 산업 현장에 바로 적용 가능”

한전 전력연구원 서지훈 박사는 “기존 전선의 피복은 금속을 보호하지만, 나노와이어의 경우 오히려 전기 흐름을 방해하는 모순이 있었다”며 “이번 기술은 고온처리나 복잡한 장비 없이도 절연 문제를 해결해, 산업 전반에 즉시 적용 가능한 간결한 대체 공정”이라고 강조했다.

이번 연구는 UNIST 권준혁 석·박통합과정생, 신현오 박사, 한전 전력연구원 소준영 책임연구원이 공동 제1저자로 참여했다.

연구성과는 화학 분야 세계적 권위지 '앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition)' 9월 30일자 온라인판에 게재됐다.

이번 성과는 단순히 나노 전극의 전기적 성능을 개선하는 데 그치지 않고, 차세대 디스플레이·웨어러블 산업에서 ‘가볍고 투명한 전자소자’ 실현을 앞당길 핵심 전환점으로 평가된다.

논문명은 Improving the Conductivity and Stability of Silver Nanowires Through Spontaneous Ligand Exchange for Joule Heating이다.