Graphene and AgNW based electrode has high optical transparency, high mechanical elongation and high electrical conductivity. The flexible and transparent devices have been developed with the outstanding electrical, mechanical and optical properties of these nanomaterial. In order to commercialize the devices, analyzing the electro-mechanical behavior and failure mechanism under the mechanical or electrical loading is necessary to secure the performance reliability of the graphene or AgNW based devices.
Firstly, the failure mechanism of graphene on PET substrate under the tensile strain was observed. Using in-situ SEM (scanning electron microscopy), I found that the crack development trend could be divided by three stages (no crack, crack length increase, crack number increase) and each stage had a different the slope of normalized electrical resistance ($R/R_0$) curve.
Next, I observed the electrical-mechanical behavior of graphene on PET film under the cyclic loading. The electrical damage of graphene happened at the loading process at first cycle but the electrical resistance was decreased during the fatigue cycle of strain amplitude. I identified that the crack formed at loading process of 1st cycle was gradually closed and this makes the electrical resistance to recover. It seemed that the crack closure was due to the graphene strain relaxation caused by the PET strain redistribution and interfacial sliding between the PET film and graphene.
Lastly, the failure of AgNW under electrical current was investigated. Joule heating, which is generated by the electrical current, led to the discontinuity of AgNW. However, AgNW has a robustness under the electrical current after performing the atomic layer deposition of Al doped ZnO. Al doped ZnO, which covered AgNW, play a role in passivation layer for preventing oxidation and sulfuration. Through this method, AgNW showed stable behavior under the electrical current without the electrical resistance increase.
그래핀과 은 나노 와이어 기반 전극의 뛰어난 전기적, 기계적, 광학적 특성을 토대로 다양한 유연 전자소자에 개발되고 있다. 하지만 이러한 전자소자들이 실제환경에서 사용되기 위해서는 작동환경 하에서의 신뢰성 문제의 해결이 반드시 선행되어야 한다. 본 연구에서는 이러한 신뢰성 문제를 해결하기 위해서 그래핀과 은 나노 와이어의 기계적, 전기적 하중 하에서의 전기-기계적 거동에 대해서 관찰하였고, 파손 메커니즘을 규명하였다. 그래핀의 경우 그래핀과 폴리머 계면에 발생하는 미끄러짐 현상으로 인하여, 인장하중과 반복하중을 인가할 때, 기존의 재료와는 차별되는 전기-기계적 거동을 확인하였다. 은 나노 와이어는 전류 환경하에서의 환경적인 영향을 쉽게 받아 파손되는 경향을 보이는데, 나노 와이어 표면에 산화물을 원자 층 단위로 증착함으로써, 장시간 전류환경에서도 안정된 거동을 보이는 전극을 개발하였다. 본 연구 결과를 통하여, 나노소재 기반의 유연소자들의 파손 메커니즘을 이해하고, 전기적-기계적 강인성을 높일 뿐만 아니라 신뢰성 문제를 해결하는데 기여할 것으로 사료된다.
