As the world is heading toward the flexible and wearable electronics era, flexibility is also required for transparent conducting electrode (TCE), which is a crucial component of flexible opto-electronic devices. The most commonly used TCE material is indium-doped tin oxide (ITO); the high transparency (~90%), low sheet resistance (15 $omega$ $sq^{-1}$), and chemical stability make it widely used in modern electronics. However, the fragile nature of oxide material and high-cost vacuum-deposition process preclude it from applying in next-generation flexible electronics. In order to replace the ITO, various candidate materials have been proposed: graphene, carbon nanotube (CNT), conducting polymer, and metal nanowire. Among them, AgNWs are emerged one of the most promising candidate for flexible TCE material due to its high flexibility and comparable optoelectrical property to ITO. However, metal nanowire still has problems to be solved. When nanowires are connected to form a conductive path, NWs should be connected to each other, making junctions. In this regard, the junctions induce junction resistance and surface roughness. The junction resistance degrades the electrical performance of TCE and surface roughness due to the junction can induce device short, which is directly related with device reliability.
In this study, we propose a high-performance flexible transparent conductive film by combining thermally stable and mechanically durable GFRHybrimer and electro-spun AgNF. A single-line AgNF network can effectively reduce the number of junctions and avoid unnecessary transmittance degradation, providing superior optoelectrical property ($T_{tot}$ ~ 91% and Rsh = 3 $omega$ $sq^{-1}$). Moreover, the embedding structure with transparent and thermostable hybrimer resin not only solves the aforementioned surface roughness and poor adhesion problems but also improves the thermal (60 h at 250$^\circ C$) and environmental stability (120 h at 85$^\circ C$ 85% RH) by minimizing the exposure area of AgNF. The glass fabric sheets impregnated with hybrimer resin attribute mechanical durability and dimensional stability of the AgNF/GFRHybrimer composite film.
전자 제품이 일상생활의 많은 부분을 차지하게 되면서, 투명 전극은 터치 스크린 패널, 발광 다이오드, 디스플레이 등 다양한 분야에서 응용되며 핵심 소재로써 그 가치를 점점 높이고 있다. 가장 대표적인 투명 전극 물질로는 높은 투명성과 우수한 전기적 특성을 갖는 인듐 주석 산화물이 있다. 하지만 고온의 진공 공정과 산화물 특유의 깨지기 쉬운 성질 때문에 인듐 주석 산화물은 유연성을 요구하는 차세대 디스플레이 산업에 활용되는데 한계가 있다. 인듐 주석 산화물을 대체하기 위한 투명 전극 물질로는 탄소나노튜브, 그래핀, 그리고 금속 나노와이어 등이 거론되고 있다. 그 중 금속 나노와이어는 가장 유망한 대체제로 손꼽힌다. 그 이유는 인듐 주석 산화물에 버금가는 우수한 광-전기적 특성을 보이면서 유연 전자에 응용이 가능한 기계적 유연성을 갖추고 있기 때문이다. 하지만 접합 저항과 표면 요철, 그리고 기판과 나노와이어 사이의 약한 접착력은 여전히 해결해야 할 문제로 남아있다.
상용화 된 은 나노와이어는 약 20 um 길이를 가지고 있기 때문에 은 나노와이어 기반의 투명 전극이 전극으로써의 역할을 하기 위해서는 나노와이어 사이의 연결이 필수적이다. 따라서 일정 농도 이상의 나노와이어가 있어야 전도성 네트워크를 형성 할 수 있기 때문에 은 나노와이어를 기반으로 한 투명 전극은 투과도와 전도성 사이의 상충관계를 갖는다. 또한, 이때 만들어지는 나노와이어 사이의 접합은 접합 저항과 표면 요철의 원인이 된다. 이것은 디바이스 제작 과정에서 단락 등의 문제를 일으킬 수 있고, 기판과 나노와이어 사이의 약한 접착력 역시 유연성을 요구하는 디바이스의 내구성을 떨어뜨리는 원인이 될 수 있다.
기존의 은 나노와이어 기반의 투명 전극이 가진 문제를 해결하기 위해, 우리는 하나의 선으로 구성된 은 나노파이버와 투명한 실록산 수지, 그리고 유리섬유를 이용해 라미네이트 구조의 복합체 필름을 제작 하였다. 단일 선 형태의 은 나노파이버는 농도에 상관없이 연속적인 전도성 네트워크를 형성하며, 은 나노와이어에 비해 적은 수의 접합을 가지므로 우수한 광-전기적 특성(투과도 ~ 91% 및 면저항 = 3 $omega$ $sq^{-1}$)을 구현 할 수 있다. 또한 투명하고 성형성이 좋은 실록산 수지와 열적 기계적 안정성이 뛰어난 유리섬유는 은 나노파이버를 매립시켜 와이어의 표면 노출을 최소화 하여 우수한 환경적, 기계적 안정성을 제공한다. 또한, 투명하고 내열성이 좋은 하이브리머 수지를 이용한 매립 구조는 앞서 말한 표면 거칠기 및 전극과 기판 사이의 탈착 문제를 해결한다.
