GIST, 금속의 주요결정구조를 갖는 전도성 플라스틱 개발

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GIST, 금속의 주요결정구조를 갖는 전도성 플라스틱 개발

이재석 광주과학기술원(GIST) 신소재공학부 교수팀이 분자크기 수준에서 금속과 유사한 조밀결정구조를 갖는 전도성 고분자 합성기술을 개발했다. 미래 전자소재 개발에 활용되는 전도성 고분자의 실용화를 크게 앞당길것으로 기대된다

전도성 고분자는 플렉시블(flexible), 웨어러블(wearable), 프린터블(printable) 등 첨단 기능을 요구하는 미래 전자소재로 각광받고 있다. 하지만 전도성 고분자 내부에는 사슬 얽힘 현상과 같은 불규칙적인 구조가 존재해 전자소재에 적용 시 전자 이동을 저해하는 단점이 있다.

이를 극복하기 위해 금속이나 실리콘처럼 규칙적인 구조를 갖는 전도성 고분자에 관한 연구가 진행돼 왔지만, 전자소자를 형성하는 동안 고분자 사슬의 자유도가 높아 불규칙적으로 배열되는 성향을 보여 결정구조를 제어하기가 매우 어렵다. 이에 전도성 고분자의 결정구조에 대한 추가적인 연구가 필요한 상황이다.

이재석 교수와 이홍준 박사과정생은 이번에 분자 크기 수준에서 조밀결정구조를 갖는 고결정성 전도성 고분자 합성기술 개발에 성공했다.

GIST, 금속의 주요결정구조를 갖는 전도성 플라스틱 개발

연구팀은 다양한 유기연결체를 이용해 두 전도성 단량체를 연결시킨 전구체를 합성한 후 중합하는 새로운 고결정성 고분자 합성기술을 개발했다.

연구팀이 도입한 중합법은 전구체가 전도성 고분자로 합성될 때 유기연결체로 고정되어 있어 고분자 사슬 얽힘 현상을 방지하기 때문에 전도성 고분자의 결정 구조를 제어할 수 있었다.

연구팀이 초고압전자현미경을 통해 분석한 결과, 합성된 전도성 고분자가 금속의 주요 결정구조를 형성하고 있었다. 유기연결체 종류에 따라 조밀결정구조인 육방밀집구조와 면심입방구조로 관찰됐다. 이렇게 만들어진 전도성 고분자의 전기 전도도는 대조군 고분자 대비 최대 35배 증가했다.

이재석 교수는 “이번 연구는 고분자 결정구조를 분자 크기 수준에서 제어하고 관찰한 것으로, 고분자 합성기술이 향후 전자소재와 에너지 소재 제조에 응용될 수 있다. 이러한 분자 수준의 결정구조 또는 배열구조 분석을 통해 고분자 소재의 전도성을 향상시킬 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

이재석 GIST 교수팀이 개발한 전도성 고분자 합성기술 개념도
<이재석 GIST 교수팀이 개발한 전도성 고분자 합성기술 개념도>

이번 연구는 삼성전자 미래기술육성센터 소재기술사업의 지원으로 진행됐으며, 세계적 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 지난 19일자 온라인판에 게재됐다.

정재훈기자 jhoon@etnews.com