Mechanical behavior of metal nanostructured electrodes for stretchable devices

Abstract

과학기술의 발전과 더불어 다양한 방식의 전자소자에 대한 수요가 증가하고 있으며, 이에 발맞춰 접히고 늘어날 수 있는 인장소자에 대한 연구가 활발하게 이뤄지고 있다. 현재 활발히 사용되고 있는 스마트폰 등의 휴대용 전자장비에 사용되고 있는 투명전극은 상용화된 물질인 인듐 주석 산화물 (ITO)의 낮은 인장특성으로 인해 인장소자에 직접적으로 사용하기 어려운 단점을 가지고 있다. 이에 대안으로 높은 투과특성과 상당히 낮은 면저항을 갖는 금속 나노구조를 통한 투명전극 제작이 이뤄지고 있다. 본 논문에서는 다양한 금속 나노구조를 이용하여 금소 나노구조의 기계적 거동에 대해 연구하였다. 먼저 은나노선을 이용하여 그래핀 산화물과의 하이브리드 전극구조를 제작하고 은나노선-그래핀 산화물간의 다양한 구조 변화를 통해서 가장 좋은 인장특성을 갖는 구조를 확인하였다. 은나노선-그래핀 산화물 하이브리드 구조에서 그래핀 산화물이 은나노선 아래로 코팅되어 있을 경우 가장 좋은 인장특성을 보였으며, 이는 그래핀 산화물이 기판의 거칠기를 줄여주면서 은나노선이 인장 시 받는 스트레스를 줄여주고 또한, 그래핀 산화물이 은나노선 위에 코팅되어 있지 않아서 은나노선간의 접합부가 인장시에 자유롭게 움직일 수 있게 만들어 주기에 가능한 것으로 확인했다. 은나노선과 더불어 폴리스타이렌 리소그래피를 이용하여 금속 나노구조 제작하여 이들의 기계적 특성에 대해 확인하였다. 폴리스타이렌 마이크로 입자를 활용한 리소그래피를 이용한 전극구조의 경우 일반적인 금속 박막에 비해 낮은 인장특성을 보여줬는데 이는 폴리스타이렌 리소그래피 도중에 사용하는 반응성 이온 에칭 과정에서 폴리스타이렌 입자와 더불어 기판에 심각한 손상을 가져다 주면서 금속 박막과의 접촉특성을 줄인다. 낮은 접촉특성으로 인하여 기존의 논문들에서 소개된 바와 같이 금속이 인장 스트레스에 견딜 수 있는 영역이 줄어들고 이로 인하여 접촉특성이 우수한 경우와 달리 쉽게 파괴가 되기 때문에 저항특성이 일반적인 유연기판에 접촉된 금속박막에 비해 낮은 기계적 특성을 보여주는 것을 알 수 있었다. 이런 다양한 실험과 분석을 통하여 인장소자에 금속 나노구조를 전극으로 이용할 경우 고려할 특성이 무엇인지 확인할 수 있었고, 이를 통하여 향후 실제 인장소자 제작에 큰 도움이 될 수 있을 것으로 기대된다.