광주과학기술원 이재석 교수팀, 규칙적인 분자크기 배열 유기물 소재 개발

광주과학기술원(GIST) 신소재공학부 이재석 교수 연구팀은 나노기술(NT) 및 유기 전자소자를 포함한 정보기술(IT) 분야에서 최근 각광받고 있는 유기 태양전지·유기 트랜지스터·유기물 전극의 유연성 전자소재 등에 활용 가능한 분자크기의 규칙적인 배열을 발견했다고 4일 발혔다.

이번 연구결과는 재료공학 분야의 세계적 학술지인 어드밴스드 머티리얼즈지(Advanced Materials)지 5월 18일자인터넷판에 소개됐다.

이 연구는 창지에(Changez) 박사, 이재석 교수 등이 공동저자로 참여했으며 분자레벨 집적화 사업과 월드 클래스 유니버스티(WCU) 프로그램의 지원으로 수행됐다.

일반적으로 유기 전자소자는 제조 가격이 저렴하고 스핀 코팅, 잉크젯 프린팅 및 롤투롤 같은 간편한 공정을 이용해 휘어지는 제품에 적용 가능해 많은 관심을 받아왔다.

고분자를 이용한 기존 유기 전자소자 연구에서는 폴리타이오펜·폴리아닐린·폴리피롤 등의 전도성 고분자가 활용됐으나 고분자 및 유기물의 나노 구조제어에서 넓은 범위의 규칙적인 배열 제어가 어려워 유기 전자소재의 전도성을 향상시키는데 어려움이 많았다.

이재석 교수 연구팀은 이번 연구에서 비결정질 고분자를 사용해 단위 분자들 사이를 연결할 때 고분자 주쇄 사이에서 불규칙적으로 연결돼 거대 분자가 만들어 진다는 통상의 생각과 달리 매우 정교하고 규칙적으로 차례차례 순서대로 가교해 분자크기에서 배열한다는 것을 발견했다.

특히 전도성을 나타내는 통상적인 방향족 계열의 결정질 고분자나 유기물 대신 비결정질 고분자를 사용해 분자크기 배열에 성공했다. 또한 주쇄 및 측쇄가 모두 지방족 계열의 비결정질 고분자에도 적용해 배열이 잘 이뤄지는 사실도 확인했다.

연구팀은 기존의 방향족 구조를 갖는 전도성 고분자를 사용, 가교를 통해 배열을 시도했으며 나노 구조제어에 관한 비결정질 고분자에서 얻어졌던 결과들도 구현할 수 있었다. 장차 기존의 전도성 고분자 뿐 아니라 각종 유기물을 새롭게 합성하고 제어해 가교에 의한 인위적인 규칙 배열에 관한 기초 과학과 배열 메카니즘을 밝힐 예정이다.

이재석 교수는 “지금까지 다양한 고분자 및 유기물 전도성 소재가 만들어졌으나 방향족 물질이 겹치는 현상에 의해서 이뤄지는 배열은 넓은 범위에서 연속적으로 이뤄지기 어려워 전도성을 향상시키는데 한계가 있었다"면서 "이번 가교에 의한 분자크기 규칙적인 배열의 발견은 비결정질 지방족 유기물 뿐 아니라 방향족 유기물에도 적용이 가능하다는 점이 특징"이라고 말했다.

그는 "다양한 고분자의 배열을 넓은 범위에서 분자크기로 제어할 수 있기 때문에 유기 전자소재로써 유기 태양전지, 유기 트랜지스터, 유기 전극소재 등 첨단 IT 분야에 활용 가능성을 보여준 연구결과"라고 연구 의의를 밝혔다.

hskim@news1.kr