국내 연구진이 웨어러블 기기의 최대 난제로 꼽혔던 유연하면서도 투명한 전극 개발에 성공했다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 그래핀 물질을 네개 층으로 쌓아 0.5초만에 색이 변하는 전기변색소자를 개발했다고 27일 밝혔다.

해당 연구결과가 지난 2일 사이언티픽 리포트 (Scientific Reports)에 게재됐으며 이번 논문의 제1저자는 ETRI 김주연 박사로 김태엽 박사와 황치선 그룹장, 조남성 그룹장 등이 함께 참여했다.

ETRI는 이에 앞서 지난 2013년 전기변색기술을 개발, 스마트 윈도우를 만들었으며 현재 기술이전 돼 상용화 준비 중이다.

운행 중 뒷차의 불빛에 따른 눈부심 방지를 위한 룸미러에 적용이 예상된다.

당시 기술은 전기전도성이 있고 광학적으로 투명한 인듐주석산화물(ITO)이 기판위에 쓰여졌다. 하지만 ITO는 희소물질로 그래핀에 비해 전기화학적 안정성, 신뢰성 및 유연성이 떨어지므로 웨어러블분야에 적용하는데 한계가 있었다.

이에 따라 연구진은 웨어러블화의 필수요건인 전기가 통하는 휘는 전극개발에 나서 종이두께 보다 백만 배 얇은 두께의 그래핀을 한층 한층 쌓는 적층(積層) 작업을 진행했다.

연구진은 한화테크윈으로부터 제공받은 그래핀 한층이 올라간 열전사 필름을 160도 고온에서 라미네이팅 과정을 거쳐 그래핀을 전사시켰다. 

전사 공정을 통해 6층까지 적층하는데 성공했으며 이후 폴리머계열의 전기 변색물질을 올려 샌드위치처럼 소자화했다.

ETRI는 4개층의 그래핀 전극을 적용한 경우 전기화학적 안정성이 가장 우수함을 밝혀내고 90%이상의 높은 투과도가 유지되면서 변색 속도도 10배나 빨라지는 것을 확인했다.
 
이는 전기저항이 기존 ITO소재 보다 높은 100옴(Ω)수준이나 변색 속도는 기존대비 최대 10배나 빠른 0.5초 이하로 크게 개선된 기술이다.

이 기술로 연구진은 두께 2㎜, 2x3㎝의 투명한 전기변색소자를 만드는 데 성공했다.

향후 연구진은 이를 크게 만드는 대면적화를 통해 웨어러블 기기에 적용 가능토록 만들 계획이다.

ETRI는 향후 전기변색소자는 스마트 창이나 자동차용 룸미러 등 에너지 절감소자를 비롯, 군인이나 탱크 등의 위장기술에 활용될 수 있다고 설명했다. 또한 사이니지나 실외용 광고, 디스플레이에 적용되는 정보표시 소자에도 널리 활용될 수 있다고 밝혔다.

뉴시스  newsis.com

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