유연한 나노튜브

엘리자베스 몬탈바노 | 2023년 8월 25일

물에 노출되어도 빛을 방출하고 투과하는 방수 기능을 갖춘 투명하고 유연한 유기발광다이오드(OLED)의 발명이 내구성이 더 뛰어난 방수 디스플레이 기술의 새로운 물결을 열 수 있다고 연구진이 밝혔습니다. 기술을 개발했습니다.

한국과학기술원(KAIST) 전기공학부 연구진이 탄소 기반 소재인 맥신(MXene)을 이용해 유기발광다이오드(OLED)를 개발했다. 이 유기발광다이오드(OLED)는 어두운 곳에서도 육안으로 감지할 수 있는 밝기를 내기 때문에 옥외 디스플레이에도 활용이 가능하다. 햇빛, 그들은 말했다.

투명하고 유연한 디스플레이는 자동차부터 스마트 직물까지 모든 분야의 디스플레이 기술을 발전시키는 방향으로 여겨집니다. 그러나 작은 변형이라도 쉽게 부서지는 경향이 있습니다.

더 오래 지속되고 더 내구성이 뛰어난 디스플레이를 만들기 위해 과학자들은 탄소 나노튜브, 그래핀, 은 나노와이어 및 전도성 폴리머와 같은 다양한 신소재를 실험해 왔습니다.

전기전도도와 광투과율이 높은 2차원 소재인 맥신(MXene)도 그런 소재 중 하나다. 그러나 대기 수분과 물에 노출되면 전기적 특성이 쉽게 저하되어 지금까지 정보 디스플레이 개발에 사용이 심각하게 제한되어 왔다고 연구진은 말했습니다.

이 문제를 해결하기 위해 최경철 KAIST 전기공학부 교수팀과 국립나노팹센터(NNFC) 이용희 박사가 공동으로 참여한 연구팀은 OLED 재료를 보호하기 위해 봉지막을 적용했다.

구체적으로 연구진은 잔류응력 상쇄를 통해 수분을 차단하고 유연성을 부여해 이중층 봉지막을 제작했다. 또, 물세탁 시 분해 없이 사용할 수 있도록 최상층에 수 마이크로미터 두께의 얇은 플라스틱 필름을 부착했다.

이 멤브레인은 수분과 산소로 인한 산화로부터 재료를 보호하여 궁극적으로 수명이 길고 외부 환경 요인에 대한 안정성이 높은 MXene 기반 OLED를 생산한다고 ACS Nano 저널에 논문으로 발표했습니다.

구체적으로 OLED는 1,000cd/m2 이상의 밝기를 내는 red(R)/green(G)/blue(B) OLED이다. 연구진은 적색 MXene 기반 OLED의 경우 발광율 70% 이하에서 대기 저장 수명이 2,000시간임을 확인했다. 대기 작동 수명은 1,500시간, 발광량 60% 미만입니다. 1.5mm 이하의 낮은 곡률에서 1,000사이클을 견딜 수 있는 유연성을 갖는다고 보고했다.

연구원들은 또한 OLED가 80% 발광 하에서 물 속에 6시간 동안 담근 후에도 성능을 유지할 수 있음을 입증했습니다. 또한 패터닝 기술을 사용해 패시브 매트릭스 형태의 OLED를 제작해 글자와 모양을 표시해 투명 디스플레이로 활용하는 모습도 보였다.

이번 연구에 참여한 KAIST 대학원생 정소영 씨는 “매트릭스 형태의 MXene OLED를 제작하고 간단한 문자와 모양을 표시함으로써 MXene을 투명 디스플레이 분야에 적용할 수 있는 기반을 마련했다”고 말했다.

실제로 이 연구는 MXene을 전기 장치 개발에 적용하는 방법에 대한 다른 연구자들에게 지침을 제공해야 한다고 최 교수는 말했습니다. 하지만 자동차, 패션, 기능성 의류 등 유연하고 투명한 디스플레이가 필요한 다른 분야에도 적용 가능하다.

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