KITECH 생산기술 전문지

스마트 윈도우는 전기, 광학 또는 열 기술을 사용하여 밀폐된 공간으로 들어오는 햇빛과 열을자동으로 제어할 수 있어 에너지 효율적인 건물이나 자동차를 만드는 데 도움을 주며, 최근 탄소중립 트렌드에 따라 시장이 확대되고 있다 [1,2]. 또한 투명 디스플레이, 센서, 태양전지, 투명히터 등 다양한 기능을 가진 디바이스를 스마트 윈도우에 통합하면 건물 인테리어나 자동차에서편의성과 삶의 질을 향상시킬 수 있다. 이를 실현하기 위해 광학적 투명성, 기계적 유연성, 발열,센싱, 자가 세정, 적외선 차폐 기능 등을 갖춘 다기능 투명 전극을 최적화하는 관련 연구가 활발히 진행되고 있다 [3-6]. 다양한 투명전극 기반 장치 중에서 광학적 투명성과 히팅 기능을 동시에갖춘 투명 히터는 창문 표면의 김서림과 성에를 제거할 수 있다. 따라서 스마트 윈도우에서 발열기로 사용할 수 있는 다기능 투명 전극의 개발은 필수적이다. 또한 투명 전극 소재의 품질은투명 히터의 발열 성능을 직접적으로 좌우한다. 초기 단계의 투명 히터는 대부분 인듐주석산화물(ITO) 또는 산화아연(ZnO)을 기반으로 하는 투명 전도성 산화물(transparent conductive oxide,TCO)을 사용하여 제조되었다. 그러나 높은 면저항과 기계적 유연성 저하와 같은 심각한 문제가있어 유연성과 신축성이 필요한 웨어러블 히터로 적용하는 데 한계가 있다 [3,7]. 이러한 단점을보완하기 위해 TCO 층 사이에 연성이 높고 시트 저항이 낮은 금속을 도입하는 TCO/금속/TCO구조의 투명 히터에 대한 많은 연구가 수행되었다. 또한 탄소(탄소 나노튜브, 그래핀, 산화 그래핀 등) 또는 금속 기반(금속 나노 와이어, 네트워크, 그리드, 합금 등) 투명 전극이 TCO 기반투명 전극의 대안으로 광범위하게 연구되어 왔다 [3-6]. 나노 와이어, 나노 기공, 나노 섬유, 네트워크 및 합금 필름과 같은 은(Ag) 금속의 다양한 형상을 활용하는 투명 히터 장치가 보고되었다[3,6]. 금속 기반 투명 전극은 탄소 기반에 비해 저렴하고 공정이 비교적 간단하다는 장점이 있다.박막, 나노 와이어, 나노 기공, 나노 섬유, 네트워크, 그리드 구조의 금속 및 금속 합금 투명 전극이 투명 히터에 적용되어 왔지만, 나노 구조와 마이크로 구조를 동시에 갖춘 금속 합금 투명전극 기반의 고성능 투명 히터에 대한 연구는 아직 부족한 실정이다.따라서 본 연구에서는 나노 구조와 마이크로 구조를 동시에 모두 갖춘 나노 구조 마이크로메쉬(nanostructured micromesh, NSMM) Cu-Ag 합금/ITO 이중층 투명 전극을 기반으로 한 고성능 투명 히터 소자(5 V의 저전압으로 87.5℃의 정상 상태 온도에서 3.97초의 짧은 응답 시간)에대해 보고한다. Ar 보조 열 증발 증착 및 펄스 레이저 제거(pulsed laser ablation, PLA)를 사용하여 뛰어난 유연성과 광학 및 전기적 특성을 갖춘 NSMM 투명 전극을 제작하였다. Cu-Ag 합금기반 나노 구조(NS) 및 NSMM 투명 전극의 광학적, 전기적, 형태학적, 기계적 특성을 자세히 조사했다. 또한, PLA를 사용하여 마이크로 홀의 간격을 조절함으로써 투과율과 적외선 차폐 특성을제어할 수 있음을 입증했다.