화학 / 바이오 / 환경

미국 파고에 위치한 노스 다코다 주립 대학 (NDSU)과 국립 표준 연구원 (NIST) 연구팀은 탄소 나노튜브 박막과 코팅의 유연성과 내구성이 전기 특성에 밀접하게 연결되어 있다는 사실을 발견했다. 이 연구는 태양 전지와 착용 가능한 센서 같은 플랙서블 전자소자들에 지대한 영향을 줄 것으로 판단된다.

NDSU/NIST 연구팀은 금속 특성을 가진 단일 벽 탄소 나노튜브로 구성된 박막이 전기적인 성능과 기계적인 내구성을 모두 요구하는 잠재적인 응용들에 얼마나 적합한지에 대하여 연구를 진행하고 있다. 이에 대한 이유는 금속 나노튜브들이 서로 접촉시켰을 때 더 쉽게 전하들이 이동한다는 사실이다. 그러나, 또 다른 이유는 매우 작은 크기에서 구조 변화 없이 얼마나 플랙서블하게 만들 수 있는가이다.


기계적인 유연성과 전기적인 성능의 결합은 컴플라이언트 서포트 (compliant supports) 상에 증착된 금속 특성과 반도체 특성 단일 벽 탄소 나노튜브 (SWCNT) 박막들을 통해 평가되었다. 형식이 정재된 SWCNT의 여과된 네트워크는 신축성 폴리머 기판 상에 얇은 전도 코팅으로 조립되고 면 저항은 임피던스 분광기를 통해 압축과 주기 변형을 이용하여 측정된다. 박막의 주름진 지형, 마이크로 구조와 투명성은 광학 현미경, 전자 현미경, 광 흡수 분광기를 통해 독립적으로 측정되었다. 금속 특성 SWCNT로 만들어진 박막은 더 우수한 기계적인 성능과 더 높은 계면 전도성의 결합으로 플랙서블 투명 전도 코팅으로써 더 높은 내구성을 보였다


이에 대한 결과들은 "Electronic Durability of Flexible Transparent Films from Type-Specific Single-Wall Carbon Nanotubes"라는 제목으로 ACS Nano에 최근 게재되었다.

태양 전지와 같은 전자 소자들에서 플랙서블 투명 전극으로 탄소 나노튜브 박막과 코팅의 이용은 현재 많은 관심을 끌고 있다. 여기서 연구팀의 연구는 이러한 박막들의 유연성과 내구성이 전자 특성에 직접적으로 연결되어 있다는 것을 확인하였다. 이는 매우 새로운 아이디어이고 이 효과의 정확한 원인과 결과에 따라 많은 후속 연구들이 뒤따를 것으로 보인다.

이 연구는 태양전지 가격을 떨어뜨리고 옷이나 접을 수 있는 전자소자들로 이용 가능케 하는 물질을 만들어 낼 수 있는 가능성을 제시하고 있다. 터치 스크린과 태양 전지와 같은 투명 전극들이 필요한 현재 시장에 나와있는 전자 소자들은 일반적으로 점차 가격이 오르고 있는 고가의 인듐 주석 산화물을 흔히 사용한다. 또한, 이 물질은 착용 가능하거나 접을 수 있는 전자소자들처럼 기계적인 유연성을 요구하는 소자 내에서 사용할 때 쉽게 부서진다.

단일 벽 탄소 나노튜브는 월등한 전기적, 기계적, 광학적 특성을 가진 투명 전도 코팅으로써 매우 촉망 받고 있다. 이 박막의 매력적인 특색은 물리적인 특성이 상대적으로 작은 수의 나노튜브들의 가감을 통해 조절될 수 있다는 것이다. 이런 물질로 만들어진 박막은 액정 디스플레이와 광전 소자들에서 인듐 주석 산화물의 교체를 포함한 플랙서블 전자소자 응용들에 대하여 엄청난 가능성을 내포하고 있다.

금속 특성 단일 벽 탄소 나노튜브들로 만들어진 박막은 더 우수한 기계적인 성능과 더 높은 계면 전도성을 결합하는 방법을 이용한 플랙서블 투명 전도 코팅으로써 더 높은 내구성을 보였다. 연구팀은 나노튜브의 전자적인 형태에 따른 박막 주름의 전자 징후들에서 확연한 차이점을 발견하였고 그 근본적인 메커니즘을 실험했다.

이 연구의 결과는 금속 박막들이 더 높은 전도성과 내구성을 가진 플랙서블 투명 전도 코팅을 만들 것으로 예측하고 있다. 이 연구팀의 결과들은 투명 전도 박막과 플랙서블 전자 소자들에서 진행중인 수많은 연구들과 밀접한 관련을 가지고 있다.



출처: nanowerk.com