- RNA 면역증강제를 활용한 메르스 바이러스 백신 개발, 영장류 효과 확인 - 동일 계열인‘코로나 19’바이러스에 대한 안전한 백신 조기개발 기대 2015년 우리나라 전역을 공포로 뒤덮은 메르스는 2019년 발생한 코로나 19 (질환: COVID-19, 바이러스: SARS-CoV2)와 같은 계열의 코로나 바이러스(메르스 코로나 바이러스, MERS-CoV)에 의해 발병했다. 최근 국내 연구진이 메르스 코로나 바이러스에 대해 RNA 기반의 면역증강제를 활용한 새로운 백신 플랫폼을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구는 영장류 실험을 마쳤으며, 현재 전 세계에 걸쳐 시급한 백신 개발이 요구되는 코로나 19에 적용이 가능할 것으로 기대된다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진) 뇌의약연구단 금교창 단장, 방은경 박사 연구팀은 가톨릭대학교(가톨릭대, 총장 원종철) 남재환 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 메르스 코로나바이러스(MERS-CoV)에 대한 RNA 기반의 백신 플랫폼에 대한 연구결과를 발표했다. 이 백신 플랫폼은 RNA를 면역증강제로 활용하고, 이 RNA를 안정적으로 유지시키는 화합물 및 코로나 바이러스가 숙주에 침투하는 스파이크 단백질(spike, 침투돌기 단백질)로 구성되어 있다. 이번 새로운 백신 플랫폼을 통해 동일한 바이러스 계열인 코로나 19 치료용 백신 개발에 활용될 것으로 기대된다. 최근, 우수한 안전성을 지녔다고 평가받는 단백질 기반 백신이 주로 개발되고 있다. 그러나 이러한 단백질 기반의 백신은 항체 생산의 세포에 대한 면역유도가 약하여 균형 잡힌 면역반응을 위해 반드시 안정성 높은 면역증강제를 사용해야 한다. 공동연구진은 가톨릭대학교 연구팀에서 면역증강제로 개발한 귀뚜라미 마비증세를 유발하는 바이러스의 RNA와 KIST 연구진이 개발한 아연 금속을 활용한 RNA 안정제를 혼합한 후, 코로나 바이러스 스파이크 단백질과 함께 면역하였다. 그 결과 실험 쥐를 대상으로 1회 접종만으로도 충분한 방어 면역 효능(치사량 바이러스 공격에 100% 방어효능을 보임)을 보였으며, 영장류인 마카큐 원숭이에서도 높은 중화항체(80% 억제 기준으로 1:2,560 희석배수)를 유도하여 코로나바이러스의 감염을 억제할 수 있음을 확인하였다. 이렇게 RNA 면역증강제와 안정제를 함께 면역하면 기존에 활용되고 있는 단백질 기반 백신이나 불활화 백신 등 대부분의 백신 타입에 적용할 수 있기 때문에 넓은 활용 가능성을 보여주고 있다. 공동연구진은 국제백신연구소 송만기 박사팀에서 코로나바이러스 스파이크 단백질을 제공받았고, 전북대학교 이상명 교수팀에서 바이러스 감염을 막을 수 있는 항체량( 중화항체가 : 항원 혈청의 단위용량에 포함되어있는 바이러스 감염을 억제할 수 있는 항체량의 측정값 중화항체가) 측정 및 바이러스 공격 실험을 진행했으며, 한국생명공학연구원 국가영장류센터 홍정주 박사팀에서 영장류(원숭이) 면역을 조사하였다. KIST 금교창 단장은 “메르스 바이러스에서 효과를 보인 이번 RNA를 활용한 단백질 기반 백신은 동일 계열인 코로나 19의 백신 개발에 신속히 적용할 수 있다는 장점이 있다.”라고 밝혔으며, 가톨릭대 남재환 교수는 “최근에 보고되는 핵산(DNA 혹은 RNA) 기반 백신은 실제 백신 제품으로 생산되어 대규모로 임상에 적용되어 본적이 없다. 그러나 본 연구에서 개발된 백신은 이미 안전성이 검증된 단백질 백신을 기반으로 하여 RNA를 면역증강제로 첨가한 새로운 백신 플랫폼이기 때문에 좀 더 안전한 백신 개발이 가능할 것으로 전망한다.”라고 밝혔다. 현재, 가톨릭대학교 연구팀은 동일한 백신 플랫폼을 활용하여 코로나 19 치료용 백신과 중증열성혈소판감소증후군 예방용 백신을 개발 중(연구비 지원 : ㈜삼광랩트리)이며, 공동 연구팀과 함께 SK 바이오사이언스와 컨소시엄을 구성하여 코로나 19 예방용 백신 개발을 진행 중이다. 이 연구는 보건복지부(장관 박능후) 지원으로 감염병위기대응백신기술개발 사업, 과기정통부(장관 최기영) 지원의 KIST 주요사업, 차세대신약기반기술개발사업 등으로 수행되었다. 이 연구 결과는 화학분야 저명 저널인 ‘Angewandte Chemie’ (IF : 12.257, JCR 분야 상위 9.593%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Nanoformulated Single-stranded RNA-based Adjuvant with a Coordinative Amphiphile as an Effective Stabilizer to Induce a Humoral Immune Response by Activation of Antigen presenting Cells - (제 1저자) 한국과학기술연구원 방은경 선임연구원 - (제 1저자) 가톨릭대학교 박효정 연구교수, 고해리 연구원 - (제 1저자) 한국생명공학연구원 홍정주 선임연구원 - (제 1저자) 전북대학교 이상명 교수 - (교신저자) 한국과학기술연구원 금교창 책임연구원 - (교신저자) 가톨릭대학교 남재환 교수 <그림설명> [그림 1] 스파이크(항원) 단백질, RNA 면역증강제, 그리고 아연 착화합물 기반의 RNA 안정화제로 이루어진 백신 플랫폼은 바이러스 표면의 스파이크 단백질에 대한 항체 생성 효율을 높여 면역을 형성한다.

- RNA 면역증강제를 활용한 메르스 바이러스 백신 개발, 영장류 효과 확인 - 동일 계열인‘코로나 19’바이러스에 대한 안전한 백신 조기개발 기대 2015년 우리나라 전역을 공포로 뒤덮은 메르스는 2019년 발생한 코로나 19 (질환: COVID-19, 바이러스: SARS-CoV2)와 같은 계열의 코로나 바이러스(메르스 코로나 바이러스, MERS-CoV)에 의해 발병했다. 최근 국내 연구진이 메르스 코로나 바이러스에 대해 RNA 기반의 면역증강제를 활용한 새로운 백신 플랫폼을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구는 영장류 실험을 마쳤으며, 현재 전 세계에 걸쳐 시급한 백신 개발이 요구되는 코로나 19에 적용이 가능할 것으로 기대된다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진) 뇌의약연구단 금교창 단장, 방은경 박사 연구팀은 가톨릭대학교(가톨릭대, 총장 원종철) 남재환 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 메르스 코로나바이러스(MERS-CoV)에 대한 RNA 기반의 백신 플랫폼에 대한 연구결과를 발표했다. 이 백신 플랫폼은 RNA를 면역증강제로 활용하고, 이 RNA를 안정적으로 유지시키는 화합물 및 코로나 바이러스가 숙주에 침투하는 스파이크 단백질(spike, 침투돌기 단백질)로 구성되어 있다. 이번 새로운 백신 플랫폼을 통해 동일한 바이러스 계열인 코로나 19 치료용 백신 개발에 활용될 것으로 기대된다. 최근, 우수한 안전성을 지녔다고 평가받는 단백질 기반 백신이 주로 개발되고 있다. 그러나 이러한 단백질 기반의 백신은 항체 생산의 세포에 대한 면역유도가 약하여 균형 잡힌 면역반응을 위해 반드시 안정성 높은 면역증강제를 사용해야 한다. 공동연구진은 가톨릭대학교 연구팀에서 면역증강제로 개발한 귀뚜라미 마비증세를 유발하는 바이러스의 RNA와 KIST 연구진이 개발한 아연 금속을 활용한 RNA 안정제를 혼합한 후, 코로나 바이러스 스파이크 단백질과 함께 면역하였다. 그 결과 실험 쥐를 대상으로 1회 접종만으로도 충분한 방어 면역 효능(치사량 바이러스 공격에 100% 방어효능을 보임)을 보였으며, 영장류인 마카큐 원숭이에서도 높은 중화항체(80% 억제 기준으로 1:2,560 희석배수)를 유도하여 코로나바이러스의 감염을 억제할 수 있음을 확인하였다. 이렇게 RNA 면역증강제와 안정제를 함께 면역하면 기존에 활용되고 있는 단백질 기반 백신이나 불활화 백신 등 대부분의 백신 타입에 적용할 수 있기 때문에 넓은 활용 가능성을 보여주고 있다. 공동연구진은 국제백신연구소 송만기 박사팀에서 코로나바이러스 스파이크 단백질을 제공받았고, 전북대학교 이상명 교수팀에서 바이러스 감염을 막을 수 있는 항체량( 중화항체가 : 항원 혈청의 단위용량에 포함되어있는 바이러스 감염을 억제할 수 있는 항체량의 측정값 중화항체가) 측정 및 바이러스 공격 실험을 진행했으며, 한국생명공학연구원 국가영장류센터 홍정주 박사팀에서 영장류(원숭이) 면역을 조사하였다. KIST 금교창 단장은 “메르스 바이러스에서 효과를 보인 이번 RNA를 활용한 단백질 기반 백신은 동일 계열인 코로나 19의 백신 개발에 신속히 적용할 수 있다는 장점이 있다.”라고 밝혔으며, 가톨릭대 남재환 교수는 “최근에 보고되는 핵산(DNA 혹은 RNA) 기반 백신은 실제 백신 제품으로 생산되어 대규모로 임상에 적용되어 본적이 없다. 그러나 본 연구에서 개발된 백신은 이미 안전성이 검증된 단백질 백신을 기반으로 하여 RNA를 면역증강제로 첨가한 새로운 백신 플랫폼이기 때문에 좀 더 안전한 백신 개발이 가능할 것으로 전망한다.”라고 밝혔다. 현재, 가톨릭대학교 연구팀은 동일한 백신 플랫폼을 활용하여 코로나 19 치료용 백신과 중증열성혈소판감소증후군 예방용 백신을 개발 중(연구비 지원 : ㈜삼광랩트리)이며, 공동 연구팀과 함께 SK 바이오사이언스와 컨소시엄을 구성하여 코로나 19 예방용 백신 개발을 진행 중이다. 이 연구는 보건복지부(장관 박능후) 지원으로 감염병위기대응백신기술개발 사업, 과기정통부(장관 최기영) 지원의 KIST 주요사업, 차세대신약기반기술개발사업 등으로 수행되었다. 이 연구 결과는 화학분야 저명 저널인 ‘Angewandte Chemie’ (IF : 12.257, JCR 분야 상위 9.593%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Nanoformulated Single-stranded RNA-based Adjuvant with a Coordinative Amphiphile as an Effective Stabilizer to Induce a Humoral Immune Response by Activation of Antigen presenting Cells - (제 1저자) 한국과학기술연구원 방은경 선임연구원 - (제 1저자) 가톨릭대학교 박효정 연구교수, 고해리 연구원 - (제 1저자) 한국생명공학연구원 홍정주 선임연구원 - (제 1저자) 전북대학교 이상명 교수 - (교신저자) 한국과학기술연구원 금교창 책임연구원 - (교신저자) 가톨릭대학교 남재환 교수 <그림설명> [그림 1] 스파이크(항원) 단백질, RNA 면역증강제, 그리고 아연 착화합물 기반의 RNA 안정화제로 이루어진 백신 플랫폼은 바이러스 표면의 스파이크 단백질에 대한 항체 생성 효율을 높여 면역을 형성한다.

- RNA 면역증강제를 활용한 메르스 바이러스 백신 개발, 영장류 효과 확인 - 동일 계열인‘코로나 19’바이러스에 대한 안전한 백신 조기개발 기대 2015년 우리나라 전역을 공포로 뒤덮은 메르스는 2019년 발생한 코로나 19 (질환: COVID-19, 바이러스: SARS-CoV2)와 같은 계열의 코로나 바이러스(메르스 코로나 바이러스, MERS-CoV)에 의해 발병했다. 최근 국내 연구진이 메르스 코로나 바이러스에 대해 RNA 기반의 면역증강제를 활용한 새로운 백신 플랫폼을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구는 영장류 실험을 마쳤으며, 현재 전 세계에 걸쳐 시급한 백신 개발이 요구되는 코로나 19에 적용이 가능할 것으로 기대된다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진) 뇌의약연구단 금교창 단장, 방은경 박사 연구팀은 가톨릭대학교(가톨릭대, 총장 원종철) 남재환 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 메르스 코로나바이러스(MERS-CoV)에 대한 RNA 기반의 백신 플랫폼에 대한 연구결과를 발표했다. 이 백신 플랫폼은 RNA를 면역증강제로 활용하고, 이 RNA를 안정적으로 유지시키는 화합물 및 코로나 바이러스가 숙주에 침투하는 스파이크 단백질(spike, 침투돌기 단백질)로 구성되어 있다. 이번 새로운 백신 플랫폼을 통해 동일한 바이러스 계열인 코로나 19 치료용 백신 개발에 활용될 것으로 기대된다. 최근, 우수한 안전성을 지녔다고 평가받는 단백질 기반 백신이 주로 개발되고 있다. 그러나 이러한 단백질 기반의 백신은 항체 생산의 세포에 대한 면역유도가 약하여 균형 잡힌 면역반응을 위해 반드시 안정성 높은 면역증강제를 사용해야 한다. 공동연구진은 가톨릭대학교 연구팀에서 면역증강제로 개발한 귀뚜라미 마비증세를 유발하는 바이러스의 RNA와 KIST 연구진이 개발한 아연 금속을 활용한 RNA 안정제를 혼합한 후, 코로나 바이러스 스파이크 단백질과 함께 면역하였다. 그 결과 실험 쥐를 대상으로 1회 접종만으로도 충분한 방어 면역 효능(치사량 바이러스 공격에 100% 방어효능을 보임)을 보였으며, 영장류인 마카큐 원숭이에서도 높은 중화항체(80% 억제 기준으로 1:2,560 희석배수)를 유도하여 코로나바이러스의 감염을 억제할 수 있음을 확인하였다. 이렇게 RNA 면역증강제와 안정제를 함께 면역하면 기존에 활용되고 있는 단백질 기반 백신이나 불활화 백신 등 대부분의 백신 타입에 적용할 수 있기 때문에 넓은 활용 가능성을 보여주고 있다. 공동연구진은 국제백신연구소 송만기 박사팀에서 코로나바이러스 스파이크 단백질을 제공받았고, 전북대학교 이상명 교수팀에서 바이러스 감염을 막을 수 있는 항체량( 중화항체가 : 항원 혈청의 단위용량에 포함되어있는 바이러스 감염을 억제할 수 있는 항체량의 측정값 중화항체가) 측정 및 바이러스 공격 실험을 진행했으며, 한국생명공학연구원 국가영장류센터 홍정주 박사팀에서 영장류(원숭이) 면역을 조사하였다. KIST 금교창 단장은 “메르스 바이러스에서 효과를 보인 이번 RNA를 활용한 단백질 기반 백신은 동일 계열인 코로나 19의 백신 개발에 신속히 적용할 수 있다는 장점이 있다.”라고 밝혔으며, 가톨릭대 남재환 교수는 “최근에 보고되는 핵산(DNA 혹은 RNA) 기반 백신은 실제 백신 제품으로 생산되어 대규모로 임상에 적용되어 본적이 없다. 그러나 본 연구에서 개발된 백신은 이미 안전성이 검증된 단백질 백신을 기반으로 하여 RNA를 면역증강제로 첨가한 새로운 백신 플랫폼이기 때문에 좀 더 안전한 백신 개발이 가능할 것으로 전망한다.”라고 밝혔다. 현재, 가톨릭대학교 연구팀은 동일한 백신 플랫폼을 활용하여 코로나 19 치료용 백신과 중증열성혈소판감소증후군 예방용 백신을 개발 중(연구비 지원 : ㈜삼광랩트리)이며, 공동 연구팀과 함께 SK 바이오사이언스와 컨소시엄을 구성하여 코로나 19 예방용 백신 개발을 진행 중이다. 이 연구는 보건복지부(장관 박능후) 지원으로 감염병위기대응백신기술개발 사업, 과기정통부(장관 최기영) 지원의 KIST 주요사업, 차세대신약기반기술개발사업 등으로 수행되었다. 이 연구 결과는 화학분야 저명 저널인 ‘Angewandte Chemie’ (IF : 12.257, JCR 분야 상위 9.593%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Nanoformulated Single-stranded RNA-based Adjuvant with a Coordinative Amphiphile as an Effective Stabilizer to Induce a Humoral Immune Response by Activation of Antigen presenting Cells - (제 1저자) 한국과학기술연구원 방은경 선임연구원 - (제 1저자) 가톨릭대학교 박효정 연구교수, 고해리 연구원 - (제 1저자) 한국생명공학연구원 홍정주 선임연구원 - (제 1저자) 전북대학교 이상명 교수 - (교신저자) 한국과학기술연구원 금교창 책임연구원 - (교신저자) 가톨릭대학교 남재환 교수 <그림설명> [그림 1] 스파이크(항원) 단백질, RNA 면역증강제, 그리고 아연 착화합물 기반의 RNA 안정화제로 이루어진 백신 플랫폼은 바이러스 표면의 스파이크 단백질에 대한 항체 생성 효율을 높여 면역을 형성한다.

- 대면적화와 패턴 제조기술 개발, 향후 늘어나는 디스플레이 등에 응용 - 휘어있는 은 나노와이어 네트워크의 신축 기판 위 범용 제작 기술 개발 국내 연구진이 휘어지고, 늘어나기도 하는 투명전극의 대형화에 성공했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진)은 광전하이브리드연구센터 이상수, 손정곤 박사 연구팀이 높은 투명도에서도 신축성과 전기전도성을 유지할 수 있는 은 나노와이어 전극을 A4용지 크기 이상의 대면적으로 제작하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 투명전극은 전기가 흐르는 전극이면서 투명하므로 태양전지, 터치스크린 기반의 디스플레이 장치 등에 필수적인 요소이다. 현재 상용화되어 활용되고 있는 것은 인듐주석산화물(ITO) 기반의 투명전극인데, ITO기반의 투명전극은 금속 산화물 성분이기에 유연성이 매우 낮아, 향후 휴대형 전자기기의 주류를 이룰 것으로 예측되는 플렉서블 및 웨어러블 기기에는 활용할 수 없어 유연성이 특화된 새로운 투명전극 개발이 필요하다. 은 나노와이어는 단면 지름이 수십 나노미터인, 가늘고 긴 막대 형태의 은(Ag) 성분의 나노소재이다. 매우 미세한 크기로 인해 외부에서 가해지는 힘에 따라 구부러질 수 있으며, 은 고유의 뛰어난 전기전도성과 함께 나노와이어가 엉켜있는 형태인 나노 네트워크를 구성하여 투명도 높은 필름을 만들 수 있어서, 차세대 유연 투명전극 소재로 주목받고 있다. 하지만, 은 나노와이어는 구부러질 수 있어서 유연하기는 하지만 늘어나는 소재로 활용할 수는 없었다. 기존 유연전극 연구그룹들은 신축성 기판을 늘려놓은 뒤 그 위에 은 나노와이어를 배치한 후 원래 크기로 돌려놓는 과정을 통해 구부러진 구조의 은 나노와이어를 구현하는 연구를 진행해 왔지만, 이 경우 늘임-이완을 몇 회만 반복해도 쉽게 끊어진다. 이를 보완하고자 나노와이어의 양을 증가시켜 높은 밀도의 나노와이어 네트워크를 제작하면 나노와이어가 부분적으로 끊어지더라도 전기적 연결이 계속 유지되도록 할 수 있어서 신축 전극으로 활용할 수 있으나, 이 경우에는 투명도가 크게 저하되기에 투명도와 전도도를 동시에 가지면서 신축 변형이 가능한 투명전극을 제조하는 것은 매우 어려웠다. KIST 이상수, 손정곤 박사팀은 미리 늘려놓은 기판 위에 나노와이어를 배치한 다음 늘어난 기판을 다시 이완시킬 때 나노와이어가 부러지거나 손상되는 현상을 극복하고자 나노와이어 네트워크에 용매를 접촉한 상태에서 늘임-이완을 진행하는 공정을 새롭게 제안하였다. 용매에 접촉하면 나노와이어가 젖으면서 나노와이어 사이의 마찰 저항이 감소하게 되어 기판과 함께 안정적으로 변형될 수 있게 되어, 나노와이어 네트워크가 부러지거나 나노와이어 층이 벗겨지는 불안정한 상태가 만들어지지 않을 수 있었다. 이렇게 제조된 은 나노와이어 네트워크 필름은 50% 이상 늘어날 수 있었으며, 5000번 이상의 반복적인 늘임에도 투명성과 전도성을 안정적으로 유지했다. 또한, 마찰저항을 경감시키는 용매로서 에탄올 등과 함께 물이 좋은 결과를 보임으로써 저렴하고 친환경적인 공정의 구성이 가능함을 입증하였다. KIST 연구진은 개발된 제작 공정으로 A4 종이 크기의 기판에도 휘어있는 은 나노와이어 네트워크 필름을 형성 할 수 있었고, 이를 통해 어른 손바닥 크기의 신축성 투명 디스플레이를 구현할 수 있었다. 다양한 기계적 변형을 가함에도 불구하고 디스플레이 소자의 발광효율은 일정하게 유지되었으며 빛을 내는 발광체 층 이외에는 모두 투명한 투명 디스플레이로서의 적용 가능성 또한 입증하였다. KIST 이상수 박사는 “본 연구를 통해 개발된 휘어있는 은 나노와이어 신축 투명전극 제작 기술은 어떠한 변형에도 전기전도도가 변하지 않는 특성을 가진다.”라고 밝혔으며, KIST 손정곤 박사는 “대면적화 양산 공정에도 사용될 수 있으므로 고기능성 스마트웨어를 포함한 웨어러블 전자기기 산업 및 의료기기 분야에 새로운 파급력을 가져올 것으로 기대한다.”라고 연구의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원 사업으로 수행되었다. 이번 연구결과는 소재 분야 최고 권위지인 ‘Advanced Functional Materials’ (IF: 15.621) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Buckling Instability Control of 1D Nanowire Networks for a Large-Area Stretchable and Transparent Electrode - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김병수 박사 (현재, U. Michigan Postdoc) - (제 1저자) 한국과학기술연구원 권현정 박사과정 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 권효원 석사 (현재, LG Display) - (교신저자) 한국과학기술연구원 이상수 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 손정곤 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 기존의 미리 잡아당기는 방법을 사용하여 탄성체 기판에서 은 나노와이어를 코팅시 용매 접촉을 했을 때와 안했을 때 만들어지는 구조의 도식 이미지와 전자 현미경 사진. 직선으로 곧은 나노와이어 네트워크와 뾰족하게 접혀지고 깨진 나노와이어 네트워크, 마지막으로 물을 통해서 형성되는 큰 곡률반경으로 굽어진 은나노와이어 네트워크 [그림 2] 큰 곡률반경으로 휘어있는 은 나노와이어 네트워크 기반 신축 투명 전극을 기반으로 한 KIST 로고 패턴의 ZnS:Cu 기반 신축/투명 교류 전자 발광 (ACEL) 장치의 도식 이미지 및 사진 이미지. 신축성 및 투명한 ZnS:Cu ACEL 소자의 전자 발광 이미지 및 40% 인장시 및 비틀림 및 롤링을 포함한 다양한 기계적 변형에서 작동하는 사진 이미지

- 대면적화와 패턴 제조기술 개발, 향후 늘어나는 디스플레이 등에 응용 - 휘어있는 은 나노와이어 네트워크의 신축 기판 위 범용 제작 기술 개발 국내 연구진이 휘어지고, 늘어나기도 하는 투명전극의 대형화에 성공했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진)은 광전하이브리드연구센터 이상수, 손정곤 박사 연구팀이 높은 투명도에서도 신축성과 전기전도성을 유지할 수 있는 은 나노와이어 전극을 A4용지 크기 이상의 대면적으로 제작하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 투명전극은 전기가 흐르는 전극이면서 투명하므로 태양전지, 터치스크린 기반의 디스플레이 장치 등에 필수적인 요소이다. 현재 상용화되어 활용되고 있는 것은 인듐주석산화물(ITO) 기반의 투명전극인데, ITO기반의 투명전극은 금속 산화물 성분이기에 유연성이 매우 낮아, 향후 휴대형 전자기기의 주류를 이룰 것으로 예측되는 플렉서블 및 웨어러블 기기에는 활용할 수 없어 유연성이 특화된 새로운 투명전극 개발이 필요하다. 은 나노와이어는 단면 지름이 수십 나노미터인, 가늘고 긴 막대 형태의 은(Ag) 성분의 나노소재이다. 매우 미세한 크기로 인해 외부에서 가해지는 힘에 따라 구부러질 수 있으며, 은 고유의 뛰어난 전기전도성과 함께 나노와이어가 엉켜있는 형태인 나노 네트워크를 구성하여 투명도 높은 필름을 만들 수 있어서, 차세대 유연 투명전극 소재로 주목받고 있다. 하지만, 은 나노와이어는 구부러질 수 있어서 유연하기는 하지만 늘어나는 소재로 활용할 수는 없었다. 기존 유연전극 연구그룹들은 신축성 기판을 늘려놓은 뒤 그 위에 은 나노와이어를 배치한 후 원래 크기로 돌려놓는 과정을 통해 구부러진 구조의 은 나노와이어를 구현하는 연구를 진행해 왔지만, 이 경우 늘임-이완을 몇 회만 반복해도 쉽게 끊어진다. 이를 보완하고자 나노와이어의 양을 증가시켜 높은 밀도의 나노와이어 네트워크를 제작하면 나노와이어가 부분적으로 끊어지더라도 전기적 연결이 계속 유지되도록 할 수 있어서 신축 전극으로 활용할 수 있으나, 이 경우에는 투명도가 크게 저하되기에 투명도와 전도도를 동시에 가지면서 신축 변형이 가능한 투명전극을 제조하는 것은 매우 어려웠다. KIST 이상수, 손정곤 박사팀은 미리 늘려놓은 기판 위에 나노와이어를 배치한 다음 늘어난 기판을 다시 이완시킬 때 나노와이어가 부러지거나 손상되는 현상을 극복하고자 나노와이어 네트워크에 용매를 접촉한 상태에서 늘임-이완을 진행하는 공정을 새롭게 제안하였다. 용매에 접촉하면 나노와이어가 젖으면서 나노와이어 사이의 마찰 저항이 감소하게 되어 기판과 함께 안정적으로 변형될 수 있게 되어, 나노와이어 네트워크가 부러지거나 나노와이어 층이 벗겨지는 불안정한 상태가 만들어지지 않을 수 있었다. 이렇게 제조된 은 나노와이어 네트워크 필름은 50% 이상 늘어날 수 있었으며, 5000번 이상의 반복적인 늘임에도 투명성과 전도성을 안정적으로 유지했다. 또한, 마찰저항을 경감시키는 용매로서 에탄올 등과 함께 물이 좋은 결과를 보임으로써 저렴하고 친환경적인 공정의 구성이 가능함을 입증하였다. KIST 연구진은 개발된 제작 공정으로 A4 종이 크기의 기판에도 휘어있는 은 나노와이어 네트워크 필름을 형성 할 수 있었고, 이를 통해 어른 손바닥 크기의 신축성 투명 디스플레이를 구현할 수 있었다. 다양한 기계적 변형을 가함에도 불구하고 디스플레이 소자의 발광효율은 일정하게 유지되었으며 빛을 내는 발광체 층 이외에는 모두 투명한 투명 디스플레이로서의 적용 가능성 또한 입증하였다. KIST 이상수 박사는 “본 연구를 통해 개발된 휘어있는 은 나노와이어 신축 투명전극 제작 기술은 어떠한 변형에도 전기전도도가 변하지 않는 특성을 가진다.”라고 밝혔으며, KIST 손정곤 박사는 “대면적화 양산 공정에도 사용될 수 있으므로 고기능성 스마트웨어를 포함한 웨어러블 전자기기 산업 및 의료기기 분야에 새로운 파급력을 가져올 것으로 기대한다.”라고 연구의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원 사업으로 수행되었다. 이번 연구결과는 소재 분야 최고 권위지인 ‘Advanced Functional Materials’ (IF: 15.621) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Buckling Instability Control of 1D Nanowire Networks for a Large-Area Stretchable and Transparent Electrode - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김병수 박사 (현재, U. Michigan Postdoc) - (제 1저자) 한국과학기술연구원 권현정 박사과정 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 권효원 석사 (현재, LG Display) - (교신저자) 한국과학기술연구원 이상수 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 손정곤 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 기존의 미리 잡아당기는 방법을 사용하여 탄성체 기판에서 은 나노와이어를 코팅시 용매 접촉을 했을 때와 안했을 때 만들어지는 구조의 도식 이미지와 전자 현미경 사진. 직선으로 곧은 나노와이어 네트워크와 뾰족하게 접혀지고 깨진 나노와이어 네트워크, 마지막으로 물을 통해서 형성되는 큰 곡률반경으로 굽어진 은나노와이어 네트워크 [그림 2] 큰 곡률반경으로 휘어있는 은 나노와이어 네트워크 기반 신축 투명 전극을 기반으로 한 KIST 로고 패턴의 ZnS:Cu 기반 신축/투명 교류 전자 발광 (ACEL) 장치의 도식 이미지 및 사진 이미지. 신축성 및 투명한 ZnS:Cu ACEL 소자의 전자 발광 이미지 및 40% 인장시 및 비틀림 및 롤링을 포함한 다양한 기계적 변형에서 작동하는 사진 이미지

- 대면적화와 패턴 제조기술 개발, 향후 늘어나는 디스플레이 등에 응용 - 휘어있는 은 나노와이어 네트워크의 신축 기판 위 범용 제작 기술 개발 국내 연구진이 휘어지고, 늘어나기도 하는 투명전극의 대형화에 성공했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진)은 광전하이브리드연구센터 이상수, 손정곤 박사 연구팀이 높은 투명도에서도 신축성과 전기전도성을 유지할 수 있는 은 나노와이어 전극을 A4용지 크기 이상의 대면적으로 제작하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 투명전극은 전기가 흐르는 전극이면서 투명하므로 태양전지, 터치스크린 기반의 디스플레이 장치 등에 필수적인 요소이다. 현재 상용화되어 활용되고 있는 것은 인듐주석산화물(ITO) 기반의 투명전극인데, ITO기반의 투명전극은 금속 산화물 성분이기에 유연성이 매우 낮아, 향후 휴대형 전자기기의 주류를 이룰 것으로 예측되는 플렉서블 및 웨어러블 기기에는 활용할 수 없어 유연성이 특화된 새로운 투명전극 개발이 필요하다. 은 나노와이어는 단면 지름이 수십 나노미터인, 가늘고 긴 막대 형태의 은(Ag) 성분의 나노소재이다. 매우 미세한 크기로 인해 외부에서 가해지는 힘에 따라 구부러질 수 있으며, 은 고유의 뛰어난 전기전도성과 함께 나노와이어가 엉켜있는 형태인 나노 네트워크를 구성하여 투명도 높은 필름을 만들 수 있어서, 차세대 유연 투명전극 소재로 주목받고 있다. 하지만, 은 나노와이어는 구부러질 수 있어서 유연하기는 하지만 늘어나는 소재로 활용할 수는 없었다. 기존 유연전극 연구그룹들은 신축성 기판을 늘려놓은 뒤 그 위에 은 나노와이어를 배치한 후 원래 크기로 돌려놓는 과정을 통해 구부러진 구조의 은 나노와이어를 구현하는 연구를 진행해 왔지만, 이 경우 늘임-이완을 몇 회만 반복해도 쉽게 끊어진다. 이를 보완하고자 나노와이어의 양을 증가시켜 높은 밀도의 나노와이어 네트워크를 제작하면 나노와이어가 부분적으로 끊어지더라도 전기적 연결이 계속 유지되도록 할 수 있어서 신축 전극으로 활용할 수 있으나, 이 경우에는 투명도가 크게 저하되기에 투명도와 전도도를 동시에 가지면서 신축 변형이 가능한 투명전극을 제조하는 것은 매우 어려웠다. KIST 이상수, 손정곤 박사팀은 미리 늘려놓은 기판 위에 나노와이어를 배치한 다음 늘어난 기판을 다시 이완시킬 때 나노와이어가 부러지거나 손상되는 현상을 극복하고자 나노와이어 네트워크에 용매를 접촉한 상태에서 늘임-이완을 진행하는 공정을 새롭게 제안하였다. 용매에 접촉하면 나노와이어가 젖으면서 나노와이어 사이의 마찰 저항이 감소하게 되어 기판과 함께 안정적으로 변형될 수 있게 되어, 나노와이어 네트워크가 부러지거나 나노와이어 층이 벗겨지는 불안정한 상태가 만들어지지 않을 수 있었다. 이렇게 제조된 은 나노와이어 네트워크 필름은 50% 이상 늘어날 수 있었으며, 5000번 이상의 반복적인 늘임에도 투명성과 전도성을 안정적으로 유지했다. 또한, 마찰저항을 경감시키는 용매로서 에탄올 등과 함께 물이 좋은 결과를 보임으로써 저렴하고 친환경적인 공정의 구성이 가능함을 입증하였다. KIST 연구진은 개발된 제작 공정으로 A4 종이 크기의 기판에도 휘어있는 은 나노와이어 네트워크 필름을 형성 할 수 있었고, 이를 통해 어른 손바닥 크기의 신축성 투명 디스플레이를 구현할 수 있었다. 다양한 기계적 변형을 가함에도 불구하고 디스플레이 소자의 발광효율은 일정하게 유지되었으며 빛을 내는 발광체 층 이외에는 모두 투명한 투명 디스플레이로서의 적용 가능성 또한 입증하였다. KIST 이상수 박사는 “본 연구를 통해 개발된 휘어있는 은 나노와이어 신축 투명전극 제작 기술은 어떠한 변형에도 전기전도도가 변하지 않는 특성을 가진다.”라고 밝혔으며, KIST 손정곤 박사는 “대면적화 양산 공정에도 사용될 수 있으므로 고기능성 스마트웨어를 포함한 웨어러블 전자기기 산업 및 의료기기 분야에 새로운 파급력을 가져올 것으로 기대한다.”라고 연구의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원 사업으로 수행되었다. 이번 연구결과는 소재 분야 최고 권위지인 ‘Advanced Functional Materials’ (IF: 15.621) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Buckling Instability Control of 1D Nanowire Networks for a Large-Area Stretchable and Transparent Electrode - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김병수 박사 (현재, U. Michigan Postdoc) - (제 1저자) 한국과학기술연구원 권현정 박사과정 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 권효원 석사 (현재, LG Display) - (교신저자) 한국과학기술연구원 이상수 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 손정곤 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 기존의 미리 잡아당기는 방법을 사용하여 탄성체 기판에서 은 나노와이어를 코팅시 용매 접촉을 했을 때와 안했을 때 만들어지는 구조의 도식 이미지와 전자 현미경 사진. 직선으로 곧은 나노와이어 네트워크와 뾰족하게 접혀지고 깨진 나노와이어 네트워크, 마지막으로 물을 통해서 형성되는 큰 곡률반경으로 굽어진 은나노와이어 네트워크 [그림 2] 큰 곡률반경으로 휘어있는 은 나노와이어 네트워크 기반 신축 투명 전극을 기반으로 한 KIST 로고 패턴의 ZnS:Cu 기반 신축/투명 교류 전자 발광 (ACEL) 장치의 도식 이미지 및 사진 이미지. 신축성 및 투명한 ZnS:Cu ACEL 소자의 전자 발광 이미지 및 40% 인장시 및 비틀림 및 롤링을 포함한 다양한 기계적 변형에서 작동하는 사진 이미지

- 대면적화와 패턴 제조기술 개발, 향후 늘어나는 디스플레이 등에 응용 - 휘어있는 은 나노와이어 네트워크의 신축 기판 위 범용 제작 기술 개발 국내 연구진이 휘어지고, 늘어나기도 하는 투명전극의 대형화에 성공했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진)은 광전하이브리드연구센터 이상수, 손정곤 박사 연구팀이 높은 투명도에서도 신축성과 전기전도성을 유지할 수 있는 은 나노와이어 전극을 A4용지 크기 이상의 대면적으로 제작하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 투명전극은 전기가 흐르는 전극이면서 투명하므로 태양전지, 터치스크린 기반의 디스플레이 장치 등에 필수적인 요소이다. 현재 상용화되어 활용되고 있는 것은 인듐주석산화물(ITO) 기반의 투명전극인데, ITO기반의 투명전극은 금속 산화물 성분이기에 유연성이 매우 낮아, 향후 휴대형 전자기기의 주류를 이룰 것으로 예측되는 플렉서블 및 웨어러블 기기에는 활용할 수 없어 유연성이 특화된 새로운 투명전극 개발이 필요하다. 은 나노와이어는 단면 지름이 수십 나노미터인, 가늘고 긴 막대 형태의 은(Ag) 성분의 나노소재이다. 매우 미세한 크기로 인해 외부에서 가해지는 힘에 따라 구부러질 수 있으며, 은 고유의 뛰어난 전기전도성과 함께 나노와이어가 엉켜있는 형태인 나노 네트워크를 구성하여 투명도 높은 필름을 만들 수 있어서, 차세대 유연 투명전극 소재로 주목받고 있다. 하지만, 은 나노와이어는 구부러질 수 있어서 유연하기는 하지만 늘어나는 소재로 활용할 수는 없었다. 기존 유연전극 연구그룹들은 신축성 기판을 늘려놓은 뒤 그 위에 은 나노와이어를 배치한 후 원래 크기로 돌려놓는 과정을 통해 구부러진 구조의 은 나노와이어를 구현하는 연구를 진행해 왔지만, 이 경우 늘임-이완을 몇 회만 반복해도 쉽게 끊어진다. 이를 보완하고자 나노와이어의 양을 증가시켜 높은 밀도의 나노와이어 네트워크를 제작하면 나노와이어가 부분적으로 끊어지더라도 전기적 연결이 계속 유지되도록 할 수 있어서 신축 전극으로 활용할 수 있으나, 이 경우에는 투명도가 크게 저하되기에 투명도와 전도도를 동시에 가지면서 신축 변형이 가능한 투명전극을 제조하는 것은 매우 어려웠다. KIST 이상수, 손정곤 박사팀은 미리 늘려놓은 기판 위에 나노와이어를 배치한 다음 늘어난 기판을 다시 이완시킬 때 나노와이어가 부러지거나 손상되는 현상을 극복하고자 나노와이어 네트워크에 용매를 접촉한 상태에서 늘임-이완을 진행하는 공정을 새롭게 제안하였다. 용매에 접촉하면 나노와이어가 젖으면서 나노와이어 사이의 마찰 저항이 감소하게 되어 기판과 함께 안정적으로 변형될 수 있게 되어, 나노와이어 네트워크가 부러지거나 나노와이어 층이 벗겨지는 불안정한 상태가 만들어지지 않을 수 있었다. 이렇게 제조된 은 나노와이어 네트워크 필름은 50% 이상 늘어날 수 있었으며, 5000번 이상의 반복적인 늘임에도 투명성과 전도성을 안정적으로 유지했다. 또한, 마찰저항을 경감시키는 용매로서 에탄올 등과 함께 물이 좋은 결과를 보임으로써 저렴하고 친환경적인 공정의 구성이 가능함을 입증하였다. KIST 연구진은 개발된 제작 공정으로 A4 종이 크기의 기판에도 휘어있는 은 나노와이어 네트워크 필름을 형성 할 수 있었고, 이를 통해 어른 손바닥 크기의 신축성 투명 디스플레이를 구현할 수 있었다. 다양한 기계적 변형을 가함에도 불구하고 디스플레이 소자의 발광효율은 일정하게 유지되었으며 빛을 내는 발광체 층 이외에는 모두 투명한 투명 디스플레이로서의 적용 가능성 또한 입증하였다. KIST 이상수 박사는 “본 연구를 통해 개발된 휘어있는 은 나노와이어 신축 투명전극 제작 기술은 어떠한 변형에도 전기전도도가 변하지 않는 특성을 가진다.”라고 밝혔으며, KIST 손정곤 박사는 “대면적화 양산 공정에도 사용될 수 있으므로 고기능성 스마트웨어를 포함한 웨어러블 전자기기 산업 및 의료기기 분야에 새로운 파급력을 가져올 것으로 기대한다.”라고 연구의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원 사업으로 수행되었다. 이번 연구결과는 소재 분야 최고 권위지인 ‘Advanced Functional Materials’ (IF: 15.621) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Buckling Instability Control of 1D Nanowire Networks for a Large-Area Stretchable and Transparent Electrode - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김병수 박사 (현재, U. Michigan Postdoc) - (제 1저자) 한국과학기술연구원 권현정 박사과정 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 권효원 석사 (현재, LG Display) - (교신저자) 한국과학기술연구원 이상수 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 손정곤 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 기존의 미리 잡아당기는 방법을 사용하여 탄성체 기판에서 은 나노와이어를 코팅시 용매 접촉을 했을 때와 안했을 때 만들어지는 구조의 도식 이미지와 전자 현미경 사진. 직선으로 곧은 나노와이어 네트워크와 뾰족하게 접혀지고 깨진 나노와이어 네트워크, 마지막으로 물을 통해서 형성되는 큰 곡률반경으로 굽어진 은나노와이어 네트워크 [그림 2] 큰 곡률반경으로 휘어있는 은 나노와이어 네트워크 기반 신축 투명 전극을 기반으로 한 KIST 로고 패턴의 ZnS:Cu 기반 신축/투명 교류 전자 발광 (ACEL) 장치의 도식 이미지 및 사진 이미지. 신축성 및 투명한 ZnS:Cu ACEL 소자의 전자 발광 이미지 및 40% 인장시 및 비틀림 및 롤링을 포함한 다양한 기계적 변형에서 작동하는 사진 이미지

- 대면적화와 패턴 제조기술 개발, 향후 늘어나는 디스플레이 등에 응용 - 휘어있는 은 나노와이어 네트워크의 신축 기판 위 범용 제작 기술 개발 국내 연구진이 휘어지고, 늘어나기도 하는 투명전극의 대형화에 성공했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진)은 광전하이브리드연구센터 이상수, 손정곤 박사 연구팀이 높은 투명도에서도 신축성과 전기전도성을 유지할 수 있는 은 나노와이어 전극을 A4용지 크기 이상의 대면적으로 제작하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 투명전극은 전기가 흐르는 전극이면서 투명하므로 태양전지, 터치스크린 기반의 디스플레이 장치 등에 필수적인 요소이다. 현재 상용화되어 활용되고 있는 것은 인듐주석산화물(ITO) 기반의 투명전극인데, ITO기반의 투명전극은 금속 산화물 성분이기에 유연성이 매우 낮아, 향후 휴대형 전자기기의 주류를 이룰 것으로 예측되는 플렉서블 및 웨어러블 기기에는 활용할 수 없어 유연성이 특화된 새로운 투명전극 개발이 필요하다. 은 나노와이어는 단면 지름이 수십 나노미터인, 가늘고 긴 막대 형태의 은(Ag) 성분의 나노소재이다. 매우 미세한 크기로 인해 외부에서 가해지는 힘에 따라 구부러질 수 있으며, 은 고유의 뛰어난 전기전도성과 함께 나노와이어가 엉켜있는 형태인 나노 네트워크를 구성하여 투명도 높은 필름을 만들 수 있어서, 차세대 유연 투명전극 소재로 주목받고 있다. 하지만, 은 나노와이어는 구부러질 수 있어서 유연하기는 하지만 늘어나는 소재로 활용할 수는 없었다. 기존 유연전극 연구그룹들은 신축성 기판을 늘려놓은 뒤 그 위에 은 나노와이어를 배치한 후 원래 크기로 돌려놓는 과정을 통해 구부러진 구조의 은 나노와이어를 구현하는 연구를 진행해 왔지만, 이 경우 늘임-이완을 몇 회만 반복해도 쉽게 끊어진다. 이를 보완하고자 나노와이어의 양을 증가시켜 높은 밀도의 나노와이어 네트워크를 제작하면 나노와이어가 부분적으로 끊어지더라도 전기적 연결이 계속 유지되도록 할 수 있어서 신축 전극으로 활용할 수 있으나, 이 경우에는 투명도가 크게 저하되기에 투명도와 전도도를 동시에 가지면서 신축 변형이 가능한 투명전극을 제조하는 것은 매우 어려웠다. KIST 이상수, 손정곤 박사팀은 미리 늘려놓은 기판 위에 나노와이어를 배치한 다음 늘어난 기판을 다시 이완시킬 때 나노와이어가 부러지거나 손상되는 현상을 극복하고자 나노와이어 네트워크에 용매를 접촉한 상태에서 늘임-이완을 진행하는 공정을 새롭게 제안하였다. 용매에 접촉하면 나노와이어가 젖으면서 나노와이어 사이의 마찰 저항이 감소하게 되어 기판과 함께 안정적으로 변형될 수 있게 되어, 나노와이어 네트워크가 부러지거나 나노와이어 층이 벗겨지는 불안정한 상태가 만들어지지 않을 수 있었다. 이렇게 제조된 은 나노와이어 네트워크 필름은 50% 이상 늘어날 수 있었으며, 5000번 이상의 반복적인 늘임에도 투명성과 전도성을 안정적으로 유지했다. 또한, 마찰저항을 경감시키는 용매로서 에탄올 등과 함께 물이 좋은 결과를 보임으로써 저렴하고 친환경적인 공정의 구성이 가능함을 입증하였다. KIST 연구진은 개발된 제작 공정으로 A4 종이 크기의 기판에도 휘어있는 은 나노와이어 네트워크 필름을 형성 할 수 있었고, 이를 통해 어른 손바닥 크기의 신축성 투명 디스플레이를 구현할 수 있었다. 다양한 기계적 변형을 가함에도 불구하고 디스플레이 소자의 발광효율은 일정하게 유지되었으며 빛을 내는 발광체 층 이외에는 모두 투명한 투명 디스플레이로서의 적용 가능성 또한 입증하였다. KIST 이상수 박사는 “본 연구를 통해 개발된 휘어있는 은 나노와이어 신축 투명전극 제작 기술은 어떠한 변형에도 전기전도도가 변하지 않는 특성을 가진다.”라고 밝혔으며, KIST 손정곤 박사는 “대면적화 양산 공정에도 사용될 수 있으므로 고기능성 스마트웨어를 포함한 웨어러블 전자기기 산업 및 의료기기 분야에 새로운 파급력을 가져올 것으로 기대한다.”라고 연구의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원 사업으로 수행되었다. 이번 연구결과는 소재 분야 최고 권위지인 ‘Advanced Functional Materials’ (IF: 15.621) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Buckling Instability Control of 1D Nanowire Networks for a Large-Area Stretchable and Transparent Electrode - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김병수 박사 (현재, U. Michigan Postdoc) - (제 1저자) 한국과학기술연구원 권현정 박사과정 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 권효원 석사 (현재, LG Display) - (교신저자) 한국과학기술연구원 이상수 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 손정곤 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 기존의 미리 잡아당기는 방법을 사용하여 탄성체 기판에서 은 나노와이어를 코팅시 용매 접촉을 했을 때와 안했을 때 만들어지는 구조의 도식 이미지와 전자 현미경 사진. 직선으로 곧은 나노와이어 네트워크와 뾰족하게 접혀지고 깨진 나노와이어 네트워크, 마지막으로 물을 통해서 형성되는 큰 곡률반경으로 굽어진 은나노와이어 네트워크 [그림 2] 큰 곡률반경으로 휘어있는 은 나노와이어 네트워크 기반 신축 투명 전극을 기반으로 한 KIST 로고 패턴의 ZnS:Cu 기반 신축/투명 교류 전자 발광 (ACEL) 장치의 도식 이미지 및 사진 이미지. 신축성 및 투명한 ZnS:Cu ACEL 소자의 전자 발광 이미지 및 40% 인장시 및 비틀림 및 롤링을 포함한 다양한 기계적 변형에서 작동하는 사진 이미지

- 대면적화와 패턴 제조기술 개발, 향후 늘어나는 디스플레이 등에 응용 - 휘어있는 은 나노와이어 네트워크의 신축 기판 위 범용 제작 기술 개발 국내 연구진이 휘어지고, 늘어나기도 하는 투명전극의 대형화에 성공했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진)은 광전하이브리드연구센터 이상수, 손정곤 박사 연구팀이 높은 투명도에서도 신축성과 전기전도성을 유지할 수 있는 은 나노와이어 전극을 A4용지 크기 이상의 대면적으로 제작하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 투명전극은 전기가 흐르는 전극이면서 투명하므로 태양전지, 터치스크린 기반의 디스플레이 장치 등에 필수적인 요소이다. 현재 상용화되어 활용되고 있는 것은 인듐주석산화물(ITO) 기반의 투명전극인데, ITO기반의 투명전극은 금속 산화물 성분이기에 유연성이 매우 낮아, 향후 휴대형 전자기기의 주류를 이룰 것으로 예측되는 플렉서블 및 웨어러블 기기에는 활용할 수 없어 유연성이 특화된 새로운 투명전극 개발이 필요하다. 은 나노와이어는 단면 지름이 수십 나노미터인, 가늘고 긴 막대 형태의 은(Ag) 성분의 나노소재이다. 매우 미세한 크기로 인해 외부에서 가해지는 힘에 따라 구부러질 수 있으며, 은 고유의 뛰어난 전기전도성과 함께 나노와이어가 엉켜있는 형태인 나노 네트워크를 구성하여 투명도 높은 필름을 만들 수 있어서, 차세대 유연 투명전극 소재로 주목받고 있다. 하지만, 은 나노와이어는 구부러질 수 있어서 유연하기는 하지만 늘어나는 소재로 활용할 수는 없었다. 기존 유연전극 연구그룹들은 신축성 기판을 늘려놓은 뒤 그 위에 은 나노와이어를 배치한 후 원래 크기로 돌려놓는 과정을 통해 구부러진 구조의 은 나노와이어를 구현하는 연구를 진행해 왔지만, 이 경우 늘임-이완을 몇 회만 반복해도 쉽게 끊어진다. 이를 보완하고자 나노와이어의 양을 증가시켜 높은 밀도의 나노와이어 네트워크를 제작하면 나노와이어가 부분적으로 끊어지더라도 전기적 연결이 계속 유지되도록 할 수 있어서 신축 전극으로 활용할 수 있으나, 이 경우에는 투명도가 크게 저하되기에 투명도와 전도도를 동시에 가지면서 신축 변형이 가능한 투명전극을 제조하는 것은 매우 어려웠다. KIST 이상수, 손정곤 박사팀은 미리 늘려놓은 기판 위에 나노와이어를 배치한 다음 늘어난 기판을 다시 이완시킬 때 나노와이어가 부러지거나 손상되는 현상을 극복하고자 나노와이어 네트워크에 용매를 접촉한 상태에서 늘임-이완을 진행하는 공정을 새롭게 제안하였다. 용매에 접촉하면 나노와이어가 젖으면서 나노와이어 사이의 마찰 저항이 감소하게 되어 기판과 함께 안정적으로 변형될 수 있게 되어, 나노와이어 네트워크가 부러지거나 나노와이어 층이 벗겨지는 불안정한 상태가 만들어지지 않을 수 있었다. 이렇게 제조된 은 나노와이어 네트워크 필름은 50% 이상 늘어날 수 있었으며, 5000번 이상의 반복적인 늘임에도 투명성과 전도성을 안정적으로 유지했다. 또한, 마찰저항을 경감시키는 용매로서 에탄올 등과 함께 물이 좋은 결과를 보임으로써 저렴하고 친환경적인 공정의 구성이 가능함을 입증하였다. KIST 연구진은 개발된 제작 공정으로 A4 종이 크기의 기판에도 휘어있는 은 나노와이어 네트워크 필름을 형성 할 수 있었고, 이를 통해 어른 손바닥 크기의 신축성 투명 디스플레이를 구현할 수 있었다. 다양한 기계적 변형을 가함에도 불구하고 디스플레이 소자의 발광효율은 일정하게 유지되었으며 빛을 내는 발광체 층 이외에는 모두 투명한 투명 디스플레이로서의 적용 가능성 또한 입증하였다. KIST 이상수 박사는 “본 연구를 통해 개발된 휘어있는 은 나노와이어 신축 투명전극 제작 기술은 어떠한 변형에도 전기전도도가 변하지 않는 특성을 가진다.”라고 밝혔으며, KIST 손정곤 박사는 “대면적화 양산 공정에도 사용될 수 있으므로 고기능성 스마트웨어를 포함한 웨어러블 전자기기 산업 및 의료기기 분야에 새로운 파급력을 가져올 것으로 기대한다.”라고 연구의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원 사업으로 수행되었다. 이번 연구결과는 소재 분야 최고 권위지인 ‘Advanced Functional Materials’ (IF: 15.621) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Buckling Instability Control of 1D Nanowire Networks for a Large-Area Stretchable and Transparent Electrode - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김병수 박사 (현재, U. Michigan Postdoc) - (제 1저자) 한국과학기술연구원 권현정 박사과정 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 권효원 석사 (현재, LG Display) - (교신저자) 한국과학기술연구원 이상수 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 손정곤 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 기존의 미리 잡아당기는 방법을 사용하여 탄성체 기판에서 은 나노와이어를 코팅시 용매 접촉을 했을 때와 안했을 때 만들어지는 구조의 도식 이미지와 전자 현미경 사진. 직선으로 곧은 나노와이어 네트워크와 뾰족하게 접혀지고 깨진 나노와이어 네트워크, 마지막으로 물을 통해서 형성되는 큰 곡률반경으로 굽어진 은나노와이어 네트워크 [그림 2] 큰 곡률반경으로 휘어있는 은 나노와이어 네트워크 기반 신축 투명 전극을 기반으로 한 KIST 로고 패턴의 ZnS:Cu 기반 신축/투명 교류 전자 발광 (ACEL) 장치의 도식 이미지 및 사진 이미지. 신축성 및 투명한 ZnS:Cu ACEL 소자의 전자 발광 이미지 및 40% 인장시 및 비틀림 및 롤링을 포함한 다양한 기계적 변형에서 작동하는 사진 이미지

- 대면적화와 패턴 제조기술 개발, 향후 늘어나는 디스플레이 등에 응용 - 휘어있는 은 나노와이어 네트워크의 신축 기판 위 범용 제작 기술 개발 국내 연구진이 휘어지고, 늘어나기도 하는 투명전극의 대형화에 성공했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진)은 광전하이브리드연구센터 이상수, 손정곤 박사 연구팀이 높은 투명도에서도 신축성과 전기전도성을 유지할 수 있는 은 나노와이어 전극을 A4용지 크기 이상의 대면적으로 제작하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 투명전극은 전기가 흐르는 전극이면서 투명하므로 태양전지, 터치스크린 기반의 디스플레이 장치 등에 필수적인 요소이다. 현재 상용화되어 활용되고 있는 것은 인듐주석산화물(ITO) 기반의 투명전극인데, ITO기반의 투명전극은 금속 산화물 성분이기에 유연성이 매우 낮아, 향후 휴대형 전자기기의 주류를 이룰 것으로 예측되는 플렉서블 및 웨어러블 기기에는 활용할 수 없어 유연성이 특화된 새로운 투명전극 개발이 필요하다. 은 나노와이어는 단면 지름이 수십 나노미터인, 가늘고 긴 막대 형태의 은(Ag) 성분의 나노소재이다. 매우 미세한 크기로 인해 외부에서 가해지는 힘에 따라 구부러질 수 있으며, 은 고유의 뛰어난 전기전도성과 함께 나노와이어가 엉켜있는 형태인 나노 네트워크를 구성하여 투명도 높은 필름을 만들 수 있어서, 차세대 유연 투명전극 소재로 주목받고 있다. 하지만, 은 나노와이어는 구부러질 수 있어서 유연하기는 하지만 늘어나는 소재로 활용할 수는 없었다. 기존 유연전극 연구그룹들은 신축성 기판을 늘려놓은 뒤 그 위에 은 나노와이어를 배치한 후 원래 크기로 돌려놓는 과정을 통해 구부러진 구조의 은 나노와이어를 구현하는 연구를 진행해 왔지만, 이 경우 늘임-이완을 몇 회만 반복해도 쉽게 끊어진다. 이를 보완하고자 나노와이어의 양을 증가시켜 높은 밀도의 나노와이어 네트워크를 제작하면 나노와이어가 부분적으로 끊어지더라도 전기적 연결이 계속 유지되도록 할 수 있어서 신축 전극으로 활용할 수 있으나, 이 경우에는 투명도가 크게 저하되기에 투명도와 전도도를 동시에 가지면서 신축 변형이 가능한 투명전극을 제조하는 것은 매우 어려웠다. KIST 이상수, 손정곤 박사팀은 미리 늘려놓은 기판 위에 나노와이어를 배치한 다음 늘어난 기판을 다시 이완시킬 때 나노와이어가 부러지거나 손상되는 현상을 극복하고자 나노와이어 네트워크에 용매를 접촉한 상태에서 늘임-이완을 진행하는 공정을 새롭게 제안하였다. 용매에 접촉하면 나노와이어가 젖으면서 나노와이어 사이의 마찰 저항이 감소하게 되어 기판과 함께 안정적으로 변형될 수 있게 되어, 나노와이어 네트워크가 부러지거나 나노와이어 층이 벗겨지는 불안정한 상태가 만들어지지 않을 수 있었다. 이렇게 제조된 은 나노와이어 네트워크 필름은 50% 이상 늘어날 수 있었으며, 5000번 이상의 반복적인 늘임에도 투명성과 전도성을 안정적으로 유지했다. 또한, 마찰저항을 경감시키는 용매로서 에탄올 등과 함께 물이 좋은 결과를 보임으로써 저렴하고 친환경적인 공정의 구성이 가능함을 입증하였다. KIST 연구진은 개발된 제작 공정으로 A4 종이 크기의 기판에도 휘어있는 은 나노와이어 네트워크 필름을 형성 할 수 있었고, 이를 통해 어른 손바닥 크기의 신축성 투명 디스플레이를 구현할 수 있었다. 다양한 기계적 변형을 가함에도 불구하고 디스플레이 소자의 발광효율은 일정하게 유지되었으며 빛을 내는 발광체 층 이외에는 모두 투명한 투명 디스플레이로서의 적용 가능성 또한 입증하였다. KIST 이상수 박사는 “본 연구를 통해 개발된 휘어있는 은 나노와이어 신축 투명전극 제작 기술은 어떠한 변형에도 전기전도도가 변하지 않는 특성을 가진다.”라고 밝혔으며, KIST 손정곤 박사는 “대면적화 양산 공정에도 사용될 수 있으므로 고기능성 스마트웨어를 포함한 웨어러블 전자기기 산업 및 의료기기 분야에 새로운 파급력을 가져올 것으로 기대한다.”라고 연구의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원 사업으로 수행되었다. 이번 연구결과는 소재 분야 최고 권위지인 ‘Advanced Functional Materials’ (IF: 15.621) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Buckling Instability Control of 1D Nanowire Networks for a Large-Area Stretchable and Transparent Electrode - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김병수 박사 (현재, U. Michigan Postdoc) - (제 1저자) 한국과학기술연구원 권현정 박사과정 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 권효원 석사 (현재, LG Display) - (교신저자) 한국과학기술연구원 이상수 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 손정곤 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 기존의 미리 잡아당기는 방법을 사용하여 탄성체 기판에서 은 나노와이어를 코팅시 용매 접촉을 했을 때와 안했을 때 만들어지는 구조의 도식 이미지와 전자 현미경 사진. 직선으로 곧은 나노와이어 네트워크와 뾰족하게 접혀지고 깨진 나노와이어 네트워크, 마지막으로 물을 통해서 형성되는 큰 곡률반경으로 굽어진 은나노와이어 네트워크 [그림 2] 큰 곡률반경으로 휘어있는 은 나노와이어 네트워크 기반 신축 투명 전극을 기반으로 한 KIST 로고 패턴의 ZnS:Cu 기반 신축/투명 교류 전자 발광 (ACEL) 장치의 도식 이미지 및 사진 이미지. 신축성 및 투명한 ZnS:Cu ACEL 소자의 전자 발광 이미지 및 40% 인장시 및 비틀림 및 롤링을 포함한 다양한 기계적 변형에서 작동하는 사진 이미지