▣ 전자 인쇄 기술의 발달로 종잇장처럼 얇고 가벼운 TV 등장

종이처럼 얇은 TV를 만들려면? 안정화된 전극으로 프린팅 가능한 유연한 전자 제품을 만들기가 보다 쉬워졌다.


재료를 물체 표면에 인쇄하거나 둘둘 말 수 있는 기술은 이미 유기 태양전지와 휴대전화 디스플레이 화면의 유기발광다이오드(OLED)로 활용되고 있다.

프린팅 방식의 전자공학에서 도체의 일함수를 감소시킬 범용 기술을 도입,

조지아 공대 버나드 키펄린은 최초로 완전 플라스틱 태양 전지를 개발했다. (Credit: Virginie Drujon-Kippelen)

이 기술은 앞으로 10년 동안 수 백억 달러의 개발비용을 들이면 크게 향상될 것으로 보이지만, 극복해야 할 하나의 도전 과제는 일상의 조건(ambient conditions) 하에 저비용으로 제조해야 한다는 것이다.

전자를 주입하거나 수집하여 빛이나 에너지를 생성하기 위하여, 프린팅 전자공학(printed electronics)에서는 도체를 필요로 하는데, 보통 낮은 일함수(일函數, low-work function)를 갖는 칼슘, 마그네슘, 혹은 리튬으로 만들어 진다. 이들 금속들은 화학적으로 매우 반응도가 높다. 따라서 산소가 습기에 노출되면 산화되어 작동하지 않게 된다. 태양 전지나 TV 등의 전자제품을 단단하고 두꺼운 유리나 혹은 고가의 캡슐 층(인캡슐레이션층)으로 둘러싸야만 하는 이유가 여기에 있는 것이다.

* 일함수, work function. 원자에 속해 있는 전자를 밖으로 끄집어내는데 필요한 에너지를 말한다. 일함수가 낮으면 원자가 그만큼 불안정하고 화학 반응도도 높아진다. 따라서 '원자가 불안정하고 화학 반응도가 높다'는 말을 간단히 하면 '일함수가 낮다'고 하면 된다.

그러나 이번에 저널(Science)에 발표된 바에 따르면 조지아 공대 연구원들이 도체의 일함수를 감소시키는 범용(으로 보이는) 기술을 소개하고 있다. 그들은 전도체 표면에 초박막 폴리머 막을 펼쳐서 1~10 나노미터 두께로 만들었는데, 그 결과 강력한 표면 쌍극자(크기는 같고 부호가 반대인 두 전하가 나란히 선 배치)를 생성하였다. 이들의 상호작용으로 대기 중에 안정된 전도체를 효율적이고 낮은 일함수를 갖는 전극으로 바뀌는것이다.


상용 폴리머는 물이나 메톡시에탄올(methoxyethanol) 같은 용제로 희석된 용액을 써서 손쉬운 공정으로 처리된다.


이 폴리머는 저렴하고 환경 친화적이며 현재의 두루마리식(roll-to-roll) 대량 생산 기술과 호환성이 있다고 한다.

연구진은 "반응성이 높은 금속을 전도성 폴리머 등 안정성 높은 전도체로 대체함으로써 전자제품을 제조하고 보호하는데 필요한 요건들이 완전히 바뀐다. 이를 이용하면 장차 보다 값싸고 유연성이 높은 기기들을 만들 수 있을 것"이라고 말했다.

조지아 공대 COPE(Center for Organic Photonics and Electronics, 유기 포토닉스 및 전자공학 센터) 이사인 버나드 키펄린(Bernard Kippelen)에 따르면 반응도가 높은 금속을 전도성 폴리머를 포함한 안정된 도체로 대체하면 전자 제품을 생산하고 보호하는데 필요한 조건들을 완전히 변화시킬 수 있다고 한다. 이것들을 사용해서 저비용으로 보다 유연한 디바이스들을 만들 방법을 촉진할 수 있다고 한다.


* 두루마리식(式), roll-to-roll. 플라스틱이나 금속 박 같은 것을 사용하여 전자 제품이나 부품을 생산하는 경우, 두루마리로 시작해서 일정 공정을 거치면 다시 두루마리로 만 상태로 완료된다.

새로운 방법을 보이기 위하여 키펄린과 그의 동료들은 얇은 유기 필름 트랜지스터와 OLED에서 폴리머의 성능을 평가했다. 그들은 또한 원형(原型, prototype)을 제작했다. 최초의 완전 플라스틱 태양 전지였다.


폴리머 개질재(改質材, modifier)는 은이나 금, 그리고 알루미늄을 포함하는 다양한 도체의 일함수를 감소시킨다고 한다. COPE의 차장(associate director)이자 화학 및 생화학과 교수인 세쓰 마더(Seth Marder)에 따르면 이 공정이 투명한 금속 산화물이나 그래핀에도 효율적이라고 한다.

URL : http://www.sciencedaily.com/releases/2012/04/120419143123.htm


<출처>ScienceDaily, Apr. 19, 2012

Posted by TopARA
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