유연투명전극의 은 나노와이어 (AgNWs) 회수율 향상에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

최근 폴더블, 롤러블, 웨어러블 등 다양한 형태의 유연전자소자들이 주목받고 있으며 이에 대한 수요는 점점 증가할 것으로 예상된다. 전자소자 부품 중유연투명전극은 낮은 전기저항, 높은 빛 투과도와 기계적 안정성을 요구하며전도성 소재와 기판으로 구성되어 있다. 전도성 소재는 Ag 이온으로 합성한은 나노와이어 (AgNW)를 기판은 PDMS (Polydimethylsiloxane), NOA (Norland Optical Adhesive)와 같은 고분자를 주로 이용하며 고분자 표면에AgNW를 함침시켜 전극을 제작한다. 이와 같은 전극을 소자에 적용하기 위해특정 영역에만 AgNW를 함침시키는 패터닝 공정이 필수적이며 여러 패터닝공정 중 비교적 간단하며 친환경적인 접착력 리소그래피를 이용하고 있다. 한편, 유연전자소자의 수요가 증가함에 따라 전자폐기물 또한 증가하고 있지만 이를 수집 및 재활용하는 양은 적다. 특히 AgNW 기반 함침형 전극은재활용하기 어렵고 이를 재활용 할 경우 다음과 같은 3가지 문제점이 발생한다. 첫 번째는 PDMS, NOA와 같은 고분자는 불용성이기 때문에 기판과AgNW를 분리하기 어려운 문제점이 있다. 두 번째는 패터닝된 전극에 적은양의 AgNW만 존재하기 때문에 공정 시 많은 양의 AgNW가 버려지며AgNW 회수율이 낮은 문제점이 있다. 세 번째는 재활용 공정 시 어떤 종류의 유연투명전극과 전도성 소재를 재활용하는지에 따라 공정 변수가 달라지는 문제점이 있다. 따라서 전자폐기물의 부품들을 재활용 할 수 있는 기술 및 공정개발이 필요한 상황이다. 본 연구에서는 기존 불용성 고분자 기판 물질을 수용성 고분자로 변경하여재활용을 용이하게 하였다. 또한 UV/ozone 표면처리를 통해 접착력을 미세하게 제어하여 기판 내부에서의 AgNW 함침깊이를 제어하였다. 이를 이용하여기판 전면에 AgNW가 있지만 함침깊이 차이에 의해 패터닝 되는 공정을 고안하였다. 게다가 전극을 불에 녹여 재활용하고 Washing 반복 횟수, 초음파용매 종류, 초음파 처리시간을 조절하여 재활용 공정을 최적화했다. 이렇게 제작된 전극을 SEM/EDS와 XPS depth profile 측정을 통해 패턴가능 여부를 확인하였고 I-V측정을 통해 내부 연결되는 것 없이 패터닝 되었는지 확인하였다. 또한 재활용 공정의 Washing 반복 횟수, 초음파 용매 종류, 초음파 처리시간을 각각 XPS와 ICP-OES, UV-Vis-NIR, SEM 측정을 통해최적의 조건을 확인하였다. 최종적으로 AgNW 회수율을 측정하기 위해ICP-OES 분석을 진행하였으며 새로운 방식의 패터닝 공정으로 제작한 전극이 높은 회수율을 가지는 것을 확인하였다.