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포스텍 연구팀, 얼음 위서 2차원 전도성 고분자 합성 성공
박문정 교수팀, 전도성 고분자
8분 만에 합성…산업계 주목
강동진 기자 / 입력 : 2019년 04월 21일(일) 19:03

ⓒ 대구광역일보
포스텍(총장 김도연)은 화학과 박문정<사진> 교수·디판카(Dipankar) 박사·박사과정 김경욱 씨 팀이 얼음 표면 위에서 8분이라는 짧은 시간 동안 대면적의 2차원 전도성 고분자를 친환경적으로 합성하는 데 성공했다고 21일 밝혔다.
전도성 고분자 중 ‘PEDOT:PSS’는 디스플레이나 태양전지에 활용되며 가장 활발하게 연구되는 물질이다.
하지만 상용화를 위해서는 면적을 넓히거나 전도도를 높이는 한편 합성시간을 줄여야 하는 과제가 남아 있었다.
연구팀은 얼음표면에서 고분자를 합성하는 새로운 발상으로 이 과제를 해결했다.
먼저 고분자를 만드는데 필요한 단량체 중에서 수소 결합을 할 수 있는 단량체를 선택했다. 이 단량체를 얼음 표면에 떨어뜨리면, 밑에 있는 얼음과 단량체 사이에 수소 결합이 일어나면서 결정성이 향상된다.
결정성이 높아지면 전도도도 높아지는데 실험결과 28S(siemens)/cm라는 높은 전도도가 확인됐다. 이는 통상정인 스핀코팅(고속회전코팅)법에 의해 합성된 ‘PEDOT:PSS’에 비해 20배 이상 높은 값이다.
추가 도핑이나 화학 처리 없이도 매우 잘 정렬된 결정 구조를 만들 수 있다는 점도 학계로부터 큰 관심을 끌고 있다.
이 방식은 얼음 위에서 전도성 고분자를 합성했기 때문에 얼음을 녹이는 간단한 방법으로 형판을 제거할 수도 있다는 장점도 있다.
기존에 사용되던 층상 자기조립이나 그래핀 복합물을 이용하는 방식은 조립 후 사용한 형판을 제거하는 복잡한 공정이 필요했다.
기존 방식은 치수의 한계도 존재해 넓은 면적의 박막을 합성하기가 어려웠다. 하지만 연구팀은 얼음 위에서 하는 합성 방법을 통해 30nm(나노미터) 두께에 약 10㎝ 직경의 매우 넓은 면적의 박막을 합성할 수 있었다.
이 합성 방법을 활용하면 전도성 고분자를 8분 만에 합성할 수 있다는 점에서 산업계로부터도 주목받고 있다.
이 연구는 세계적인 권위지인 ACS 나노지 최근호에 게재됐다.이 연구는 중견연구, 선도연구센터 지원 사업, 미래소재 디스커버리사업, LG 연암재단의 지원으로 수행됐다.
연구를 주도한 박문정 교수는 “얼음 표면에서 합성하는 이 합성법은 친환경적일 뿐만 아니라 매우 높은 전도도와 투명한 특성을 지니고 있다”며 “이 기술이 발전한다면 미래 투명 전극을 필요로 하는 다양한 디바이스나 플렉시블 디바이스에도 적용될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

강동진 기자  
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