현재 투명전극으로써 가장 널리 사용되고 있는 물질은 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, ITO)이고, 여기서 인듐은 반도체제조, 디스플레이 코팅, 전기도금, 태양전지 등 전자산업에 폭넓게 이용되고 있지만, 인듐 자체가 희토류 금속으로 매장량이 적어 값이 비쌀 뿐만 아니라 70% 이상이 중국에 매장되어 있어 꾸준한 가격 상승이 우려된다.¹ 또한, ITO는 고온, 고진공을 요구하는 스퍼터와 같은 공정에 의해 투명전극이 제작되므로 공정가격이 높고, 공정속도가 낮을 뿐 아니라 세라믹물질이 가지고 있는 내재적인 취성으로 유연기판에 적용하기에는 문제점을 가지고 있다.^2,3 이에 따라 그래핀,^4,5 탄소나노튜브,^6,7 금속 나노와이어가^8-10 ITO를 대체하기 위한 재료로써 많은 연구가 진행되어 왔다. 그 중에서도 특히 금속 나노와이어를 이용한 투명전극은 높은 투과도, 낮은 저항 그리고 우수한 유연성을 가지고 있기에 ITO를 대체하기 위한 재료로써 많은 각광을 받고 있다. 금속나노와이어는 대량 합성이 가능하고 용액공정으로 투명전극이 제작 가능하기 때문에 공정가격이 저렴하다. 또한, ITO와 달리 플렉서블 어플리케이션에 적용이 가능하다는 큰 장점이 있다. 최근에 은 나노와이어에 대한 많은 연구들이 수행되었고 50-100 nm, 길이 100 μm의 은 나노와이어를 합성하여 상용으로 사용되어지는 ITO의 성능에 유사한 면저항 20 Ω/sq, 투과도 90%(550 nm파장)를 달성하였다.¹¹

그러나 은 나노와이어는 두 가지의 큰 문제를 가지고 있다. 첫 번째는 은 자체가 고가의 금속이라는 점이다. 두 번째로 합성된 나노와이어의 지름이 상대적으로 커서 강하게 빛을 산란시켜 투과도에 비해 흐릿하게 보이는 경향이 있고, 특히 디스플레이에 적용 시에 문제를 가지게 된다. 이런 문제점으로 은과 전도도가 유사하면서 20배 가격이 저렴한 구리에 대한 관심이 커지게 되었다. 구리나노와이어는 20 nm이하의 지름으로 합성이 가능하여 은 나노와이어에 비해 빛의 산란을 크게 줄일 수 있을 뿐 아니라, 투명 전극으로 사용 시 좋은 광학적, 전기적 특성을 가지고 있다.¹² 이러한 장점 때문에 구리나노와이어를 적용하여 다양한 광전기 장치에 활용 가능한 투명전극 제작에 많은 연구들이 수행되어왔다.

구리나노와이어를 이용 한 전극 제작을 위해서는 기판 위에 무작위적으로 분산된 구조가 전하의 연결 통로를 만들어 줘야 한다. 일부 연구에서 실험적으로 전도도는 나노와이어의 길이 및 분산 밀도의 증가에 따라 향상되지만, 투과도는 반대로 감소한다는 것을 확인하였다. 또한, 분산된 나노와이어들 사이 접점에서의 저항이 전도도를 감소시키는 가장 큰 요인 중의 하나로 알려져 있다.¹³ 따라서 나노와이어들 사이의 접점 수를 줄이고 퍼콜레이션 네트워크(Percolation Network)를 형성해 전도도를 확보하면서 투과도를 향상시키기 위해서는 고세장비의 나노와이어의 합성이 필수적이다.¹⁴ 이에 대한 연구가 최근에 수행되었으며, 나노와이이의 길이, 지름 및 분산 밀도에 따른 면저항이 시뮬레이션을 통해 예측되었고, 실험 결과와 비교 되었다.¹⁵ 결과로 고세장비의 나노와이어가 적은 수의 나노와이어로부터 높은 전도도를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있었다. 이뿐 아니라 저항의 증가에 가장 큰 역할을 하는 접점을 줄일 수 있을 뿐 아이라 나노와이어사이의 간격이 넓어져 빛의 투과도를 향상시키는 결과를 가져온다. 따라서 고세장비의 나노와이어의 합성은 무엇보다도 중요한 선결 과제라고 하겠다.

구리나노와이어의 합성은 예전부터 많은 연구들이 수행되어 왔지만, 용액공정을 이용한 합성법은 캡핑 물질로 Ethylenediamine (EDA, C₂H₈N₂)을 사용한 액상환원법과, 다른 Alkylamine을 사용한 수열합성법으로 나눌 수 있다. 수열합성법은 보통 고온, 고압이 필요하며 합성에 최소 10시간 이상이 소요된다.^16,17 이 방법으로 합성된 나노와이어들은 30-100 nm 지름에 수 밀리미터까지 길이를 성장시킬 수 있다. 반면, EDA 매개법은 1시간 이내의 빠른 시간에 특별한 장비 없이 상온에서 수행 될 수 있다.^18,19 그러나 이 방법에 의해 합성된 나노와이어의 세장비는 수열합성법에 낮은 것이 보통이다. 2014년도에 Ye¹⁹ 등은 기존 EDA 방법을 수정해서 단지 30분정도 소요되고, 평균 세장비(L/D)가 1860에 달하는 개선된 합성법을 제안하였다. 하지만, 이 개선된 방법은 신속히 고세장비의 나노와이어를 합성할 수는 있지만, 수득률이 12%로 매우 낮은 문제점을 안고 있다. 이를 개선하고자 Cu₂O를 씨드(Seed)파티클로 사용하는 방법을²⁰ 제안하여 55%로 수득률을 향상시켰으나, 합성 과정이 복잡하고 시간이 오래 걸리는 단점을 안게 되었다.

본 연구에서는 기존 EDA 방법을 개선하여 기존 방법들이 가지고 있던 문제점들을 해결할 수 있는 단순하면서도 빠르게 고세장비 구리구리나노와이어를 높은 수득률로 합성하는 방법을 제안한다. 기존 방법의 NaOH와 Cu(NO₃)₂를 KOH와 CuCl₂로 각각 교체함으로 대기 상태에서 단지 15분만에 구리나노와이어를 얻을 수 있었고 평균 세장비도 기존보다 훨씬 향상된 650을 얻었다. 뿐만 아니라, 잘 분산된 구리나노와이어의 질량을 측정함으로써 기존의 EDA 방법에 비해 수득률이 명확히 향상된 것을 확인할 수 있었다.

본 연구에서는 짧은 시간에 저비용으로 고세장비(L/D-650)의 구리나노와이어를 합성하는 개선된 EDA 매개 합성법을 개발하였다. 제안된 방법을 이용해 고세장비의 구리나노와이어를 80.16%의 높은 수득률로 합성하였다. KOH가 반응을 빠르게 촉진시키는 촉매제의 역할을 하며, CuCl₂는 구리 이온의 제공자로 수득률을 크게 향상시키는데 기여하고, 상온에서의 반응은 구리나노와이어의 세장비에 크게 영향을 미침을 확인하였다.