한국과학기술연구원(KIST)은 전북분원 기능성복합소재연구센터 주용호 박사팀이 28일 미국 퍼듀대 브라이언 보두리스 교수팀과 함께 높은 전도성과 투명함을 함께 지니는 플라스틱 신소재를 개발했다고 밝혔다.
빛을 투과시키면서 전기가 잘 통하는 투명전극은 스마트폰과 TV, 각종 디스플레이에 활용된다. 투명전극 소재로는 전도성 고분자(PEDOT:PSS)가 사용되는데, 화학 구조의 한계로 두꺼워질수록 투명도가 급격히 떨어지는 단점이 있다. 이 때문에 유연하고 투명하며, 높은 압력에도 깨지지 않는 강도를 확보하기 위한 전도성 고분자에 대한 연구가 중점적으로 이뤄졌다.
연구팀은 전도성 고분자가 갖는 화학 구조의 한계를 극복하기 위해 고분자 사슬을 이루는 단량체 안에 홀전자(unpaired electron)가 있는 라디칼 고분자(radical polymer)에 주목했다. 라디칼 단량체를 이용해 전도성 고분자의 투명도를 떨어뜨리는 공중합 구조를 없앤 비공중합 고분자 합성, 투명도와 유연성을 동시에 갖는 전도성 고분자를 개발한 것이다. 이어 이 전도성 고분자에 이온복합체를 첨가해 고분자-이온 복합체를 만들었다.
이렇게 만든 전도성 고분자는 필름 두께 1㎛(마이크로미터: 100만분의 1m)에서 96% 이상의 투명도를 가진 것으로 확인됐다. 이는 같은 두께에서 투명도가 10% 이하인 기존 전도성 고분자(PEDOT:PSS)보다 투명도가 10배 정도 높아진 것이다.
주용호 박사는 “라디칼 고분자는 기존 전도성 고분자가 갖는 구조적 모순을 해결해 유기 전자재료 연구개발에 새 패러다임을 제시할 것”이라며 “앞으로 높은 전도도와 유연성, 투명도를 극대화하는 고성능 유기 전자소재의 개발로 이어져 차세대 에너지 저장 소재, 투명 디스플레이 소재 등 다방면의 발전에 활용될 수 있기를 기대한다”고 말했다.
이번 연구 성과는 고분자 분야 국제저널 ‘매크로몰레큘스(Macromolecules)’의 최신호에 게재됐다.
김준영 기자 papenique@segye.com
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