투명도 10배 향상된 전도성 플라스틱 개발

KIST 복합소재기술연구소 주용호 박사·퍼퓨대 공동연구

(좌, 위) 라디칼고분자와 이온의 화학적 구조(우, 위) 높은 투명도를 나타내는 고분자-이온 복합소재(아래) 높은 이온 전도도와 전기 전도도를 동시에 나타내는 디바이스 성능 그래프

국제공동연구팀이 투명도가 향상된 전도성 플라스틱 신소재를 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST) 전북분원 복합소재기술연구소 주용호 박사팀은 미국 퍼듀대 연구팀과 함께 높은 전도성과 투명도를 동시에 지닌 플라스틱 신소재를 개발했다고 28일 밝혔다.

투명전극은 현재 스마트폰과 TV, 각종 디스플레이에 활용되고 있으며, 빛은 그대로 투과시키면서 전기를 잘 통하게 하는 역할을 한다. 투명전극을 만들기 위해 대표적으로 사용되는 소재가 전도성 고분자인데, 유연하고 생산비용이 적어 우리나라를 포함한 소재 강국에서 전도성 고분자에 대한 연구개발이 활발히 진행 중이다.

이번 연구에 활용된 전도성 고분자는 PEDOT:PSS[poly(3,4-ethylenedioxythiophene)]로, 투명전극 연구에 대표적으로 활용되고 있지만 화학구조의 한계로 인하여 필름의 두께가 두꺼워지면 불투명도가 높아지는 단점을 가지고 있다. 따라서 2000년 노벨화학상을 수상한 전도성 고분자의 개발은 이후 유연하고 투명하며, 높은 압력에도 깨지지 않는 강도를 확보하기 위한 연구개발이 중점적으로 이뤄져왔다.

연구팀은 투명전극으로 라디칼 고분자를 활용했다. 투명전극으로 라디칼 고분자를 활용하고자 소재를 불투명하게 하는 공중합 구조를 없앤 비공중합 고분자 합성에 주력했고, 이에 최적화된 화학구조를 적용해 뛰어난 투명도와 유연성을 동시에 갖는 고분자를 개발했다. 이어 고분자-이온 복합체를 형성해 원천기술 확보에도 성공했다.

개발된 고분자는 실험에서 필름 두께 1㎛(마이크로미터, 100만분의 1m)에서 96% 이상의 투명도를 가지는 것을 확인했다. 이 같은 두께에서 기존 전도성 고분자 투명도가 10% 이하인 것과 비교하면 매우 높은 수치다.

주 박사는 “향후 높은 전도도와 유연성, 투명도를 극대화하는 고성능 유기 전자소재의 개발로 이어져 차세대 에너지 저장 소재, 투명 디스플레이 소재, 플렉시블 배터리, 바이오 전기화학 등 다방면의 발전에 활용될 수 있기를 기대한다”고 말했다.