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'투명도 10배 향상'된 전도성 플라스틱 개발

KIST·퍼듀대 공동연구, 전도성·투명함 동시에 지녀
에너지 저장 소재·투명 디스플레이 소재 등 활용 기대
(왼쪽부터)주용호 KIST 선임연구원, 유일환 KIST 연구원(제1 저자). <사진=KIST 제공>(왼쪽부터)주용호 KIST 선임연구원, 유일환 KIST 연구원(제1 저자). <사진=KIST 제공>

투명도가 대폭 향상된 전도성 플라스틱 신소재가 개발됐다. 뛰어난 가공성과 내구성에도 불구하고 불투명함이 한계로 지적돼 오던 전도성 고분자를 뛰어넘어 차세대 투명유기전극 시장의 유력한 후보로 부상될 전망이다.

KIST(원장직무대행 윤석진)는 주용호 복합소재기술연구소 기능성복합소재연구센터 박사팀이 Bryan W. Boudouris 퍼듀대 화학공학과 교수팀과 공동연구를 통해 높은 전도성과 투명함을 동시에 지니는 플라스틱 신소재를 개발했다고 28일 밝혔다.

투명전극은 스마트폰과 TV 등에 활용되고 있으며, 빛은 그대로 투과시키면서 전기를 잘 통하게 하는 역할을 한다. 투명전극을 만들기 위해 대표적으로 사용되는 소재가 전도성 고분자인데, 유연하고 생산비용이 적어 한국을 포함한 소재 강국에서 전도성 고분자 연구가 활발히 진행 중이다.

연구진이 활용한 전도성 고분자는 PEDOT:PSS[poly(3,4-ethylenedioxythiophene)]로, 투명전극 연구에 대표적으로 활용되고 있지만 화학구조의 한계로 인해 필름 두께가 두꺼워지면 불투명도가 높아지는 단점을 지니고 있다. 

주용호 박사팀은 라디칼 고분자(Radical Polymer) 활용에 주목했다. 투명전극으로 라디칼 고분자를 활용하고자 소재를 불투명하게 하는 공중합 구조를 없앤 비공중합 고분자 합성에 주력했고 이에 최적화된 화학구조를 적용, 뛰어난 투명도와 유연성을 동시에 갖는 고분자를 개발했다. 

또한 고분자-이온 복합체를 형성해 해당 분야의 세계최초 원천기술 확보에 성공했다. 실험을 통해 개발한 고분자가 필름 두께 1㎛(마이크로미터, 100만분의 1m)에서 96% 이상의 투명도를 가지는 것을 확인했으며, 이는 같은 두께에서(1㎛)의 기존 전도성 고분자 PEDOT:PSS 투명도가 10% 이하인 것과 비교하면 매우 높은 수치이다.

주용호 박사는 "라디칼 고분자 개발은 기존 전도성 고분자의 구조적 모순을 해결해 유기 전자재료 연구개발에 새로운 패러다임을 제시하게 될 것"이라며 "향후 높은 전도도와 유연성, 투명도를 극대화하는 고성능 유기 전자소재 개발로 이어져 차세대 에너지 저장 소재, 투명 디스플레이 소재 등 다방면의 발전에 활용될 수 있길 기대한다"고 밝혔다.

본 연구는 과기부 지원을 받아 KIST 주요사업과 한국연구재단 신진연구자지원사업으로 수행됐으며 고분자 분야 국제 저널인 'Macromolecules(IF: 5.997, JCR 분야 상위 5.172%)' 최신호에 게재됐다.

(왼쪽 위)라디칼고분자와 이온의 화학적 구조, (오른쪽 위)높은 투명도를 나타내는 고분자-이온 복합소재, (아래)높은 이온 전도도와 전기 전도도를 동시에 나타내는 디바이스 성능 그래프. <사진=KIST 제공>(왼쪽 위)라디칼고분자와 이온의 화학적 구조, (오른쪽 위)높은 투명도를 나타내는 고분자-이온 복합소재, (아래)높은 이온 전도도와 전기 전도도를 동시에 나타내는 디바이스 성능 그래프. <사진=KIST 제공>
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