공과대학 신소재공학부 임병권 교수 (교신저자), 심환수, 복신규 박사과정생 (이상 공동 제 1 저자) 연구팀은 유기 안정화제의 사용을 필요로 하지 않는 새로운 은(Ag) 나노와이어의 합성 기술을 개발하였다. 

은 나노와이어는 높은 전도도 및 용액 가공성과 나노와이어 필름의 우수한 투명성으로 인하여 터치패널, 유기발광다이오드, 태양전지의 투명 전극 소재로 주목을 받고 있다. 또한, 최근에는 유연, 신축 전극 소재로도 활발히 연구되고 있다. 

그러나, 은 나노와이어 합성에 첨가되는 유기 (주로 고분자) 안정화제는 나노와이어의 표면에 잔류하여 나노와이어간의 접촉 저항을 크게 증가시켜 전극의 성능을 저하시키는 문제를 야기한다. 이러한 유기안정화제를 제거하기 위해서는 나노와이어 합성 후, 유기 안정화제에 친화적인 용매를 이용한 반복적인 세척 과정이 필요하고, 이러한 과정을 거치더라도 완전한 제거가 어렵다.

연구진은 유기 안정화제 대신 소량의 금속 염(metal salt)을 첨가하여 이 문제를 해결했다. 첨가된 염과 은 전구체(precursor)가 반응하여 생성되는 염화은(AgCl) 입자에서부터 은 나노와이어가 이종핵생성(heterogeneous nucleation) 및 일차원 성장 (one-dimensional growth)을 통하여 자라나는 것을 관찰하였으며, 이를 통하여 고수율의 나노와이어 합성 기술을 확보할 수 있었다. 

합성한 은 나노와이어는 별도의 세척 과정없이 투명 및 유연전극 소재로 적용 가능하였다. 제작한 투명 전극은 95%의 광 투과도에서 40 ohm/sq의 면저항을 나타내었으며, 이는 대표적인 투명 전극 소재인 인듐 주석 산화물 (ITO) 기반의 투명 전극과 유사한 수준의 성능으로 깨지기 쉬운 ITO를 대체하여 유연한 투명 전극을 개발하는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 은 나노와이어를 이용하여 제작한 신축전극은 30%까지 5000번을 반복해서 늘려도 전기적 특성이 유지되는 우수한 안정성을 나타내었다. 

본 연구에는, 성균관대 화학공학과 조성민 교수, 김봉성, 김민하 연구원이 공동저자로 참여하였으며, 연구 결과는 화학분야 세계적 권위의 학술지 '안게반테 케미 (Angewandte Chemie)'에 8월 29일자로 게재됐다.

논문 제목(영문): Organic-Stabilizer-Free Polyol Synthesis of Silver Nanowires for Electrode Applications