서울대학교 공대는 이태우 재료공학부 교수와 유리 고고치 미국 드렉셀대 교수 공동 연구팀이 2차원 맥신 소재를 투명 전극으로 적용한 고효율 발광 소자를 개발했다고 19일 밝혔다.

현재 보편적으로 사용되는 투명 전극은 인듐 주석 산화물. 전기 전도도가 높고 투명하지만 휘거나 굽혔을 때 쉽게 깨지는 단점이 있다.

이를 대체하기 위해 그래핀, 전도성 고분자, 금속 나노와이어 등이 연구됐지만 낮은 전기 전도도, 복잡한 박막 제조 공정 등으로 상용화에 어려움이 있어 새로운 소재 개발이 필요했다.

이 교수팀은 유리 고고트시 교수팀과의 공동 연구를 통해 높은 전도도와 높은 일함수를 갖는 투명 전극을 개발했다. 맥신은 2011년 고고트시 교수 연구팀에서 개발한 평판 구조의 새로운 나노 재료로, 금속 탄화물·질화물 2차원 결정 물질이다. 전기 전도성이 높고 친수성 표면을 갖는 맥신이 유연 발광 소자의 이상적인 투명 전극이 될 수 있다고 판단한 것.

연구팀은 맥신 박막을 용액 공정으로 형성한 후 저온 진공 처리를 하여 맥신 표면에 존재하는 작용기의 비율을 조절했으며 이를 통해 맥신의 일함수를 향상시켰음을 밝혔다.

연구에서 맥신 투명 전극을 사용, 해당구조에서 이론적으로 계산된 최고치의 효율을 달성한 것이다. 기존의 투명 전극을 사용한 OLED(유기발광다이오드)의 효율과 견주어도 뒤지지 않는 수준의 높은 발광 효율을 보였고. 나아가, 맥신 투명 전극을 적용하여 높은 굽힘 횟수에도 안정적으로 작동하는 유연 발광 소자를 구현했다.

이번 연구 성과는 그 중요성을 인정받아 세계적으로 저명한 국제학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼스’에 지난달 30일자 온라인 게재됐다.