탄소나노튜브 투명전극 제조기술 개발
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전기연구원, 일액형 코팅액 세계최초 개발 … 공정단가 50% 이상 절감 컴퓨터나 휴대전화의 액정 패널, IT 기기 터치스크린 등 첨단 디스플레이 산업의 핵심소재인 투명전극을 하나의 코팅액을 이용해 제조함으로써 공정단가의 대폭적인 절감, 공정효율 및 적용범위의 향상 등을 가능케 한 획기적 제조기술이 개발됐다.한국전기연구원 이건웅 박사팀은 최근 자체 기본연구사업을 통해 초박막 제조가 가능하고 공정단가를 획기적으로 낮출 수 있는 탄소나노튜브 투명전극 제조용 일액형 코팅액을 세계최초로 개발했다고 3월20일 발표했다. 투명전극을 제조하기 위해 ITO(Indium Tin Oxide: 산화인듐주석)가 많이 이용돼 왔으나 기존의 ITO를 이용하면 고온ㆍ고압에서 물리적 증착을 통해서만 투명전극의 제조가 가능해 구부릴 수 없는 등 활용도가 떨어지는 단점을 갖고 있어 탄소나노튜브(CNT)가 대체 물질로 주목받고 있다. 기존 탄소나노튜브 투명전극 제조기술은 유리 또는 고분자(폴리머) 기판 위에 탄소나노튜브만을 단독 코팅하거나 바인더(결합물질)와 탄소나노튜브를 분리해 다중 코팅하는 방식이 주를 이루고 있는데, 다중 코팅에 따른 공정의 복잡함은 물론 기판과 탄소나노튜브 층 사이의 접착력이 부족해 쉽게 탈착되는 등의 치명적인 단점을 보유하고 있어 상업화에 걸림돌이 되고 있는 것으로 알려졌다. 이건웅 박사팀이 개발한 방법은 탄소나노튜브, 용매, 바인더, 안정제, 균일제 등 5개 이상으로 구성된 성분들을 포함하는 하나의 코팅액(일액형 코팅액)을 제조해 활용하는 방식으로, 일액형 코팅액을 개발하기 위해서는 나노튜브의 정제 및 고농도 분산과 용액의 분산 안정화 기술, 각 성분들간의 용액상 평형유지 등 재료설계 기술의 해결이 필수적이다. 한국전기연구원은 습식공정을 위한 청정실(클린룸)을 별도 설치하고 전문연구랩을 별도 운영하는 등 첨단 핵심기술의 개발을 위해 적극적으로 투자한 결과, 탄소나노튜브를 이용한 투명전극 제조방법으로는 가장 앞선 기술로 평가받는 일액형 코팅액 제조기술을 세계 최초로 개발했다. 개발기술은 일액형 코팅액을 사용함으로써 공정의 단순성과 기판과의 접착성을 동시에 해결하는 획기적인 방법으로 1번의 습식코팅만으로 10-100nm(나노미터) 수준의 초박막 투명전극 제조가 가능하기 때문에 공정단가를 50% 이상 절감할 수 있으며, 대면적 코팅이나 유연한 고분자 기판 위의 성형이 가능하다. 또 박막에 함유된 나노튜브의 양을 극소화해 재료단가도 절감 할 수 있어 대체수요가 높을 것으로 예상되고 있다. 아울러 일액형 코팅액은 각 성분의 농도조절에 따라 투명전극 제조를 위한 스프레이 코팅액, 롤 코팅(Roll to Roll Coating)이 가능한 페이스트(Paste), 패터닝(Patterning)이 가능한 잉크젯용 잉크 등으로의 변환이 용이하다는 점도 큰 장점이다. 이건웅 박사는 “개발된 기술은 향후 ITO를 대체하는 디스플레이용 투명전극, 터치스크린 패널, 간편하게 휴대가 가능한 플렉시블 디스플레이, 태양전지 등의 각종 플렉서블 전극으로 활용할 수 있다”며 “정전기 방지용 정전분산 필름 및 트레이, 전자파 차폐필름, 자동차의 열선 유리 등에 사용될 수 있는 투명히터, 스마트 윈도우, 각종 센서 등에도 다각적 활용이 가능하다”고 설명했다. 이건웅 박사팀은 국내 및 미국, 유럽, 일본 등 주요국에 관련기술에 관한 특허출원을 완료했다. 아울러 정전분산 필름 및 투명 전도성 기능성 코팅 기술 및 터치스크린 패널용 투명전극에 대한 세부기술을 완료하고 관련기업으로의 기술이전을 검토하고 있다. <화학저널 2008/03/20> |
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