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금속의 주요결정구조를 갖는 전도성 플라스틱 개발
      - 유기연결체로 전구체 고정, 사슬 얽힘 방지…금속과 유사한 조밀결정구조 형성
      - GIST 이재석 교수팀(신소재공학부), Nature Communications 논문 게재
 
 
                        이재석 교수팀
 
 
□ GIST(광주과학기술원) 신소재공학부 이재석 교수팀이 분자 크기 수준에서 금속과 유사한 조밀결정구조를 갖는 전도성 고분자* 합성기술 개발에 성공했다.
 
  ∘ 이번 성과는 향후 미래 전자소재 개발 활용되는 전도성 고분자의 실용화를 앞당기는 데 기여할 것으로 기대된다. 
  * 전도성 고분자(Conducting polymer): 전기가 통하는 고분자(플라스틱). 고분자 화학구조에 따라서 도체의 성질과 반도체의 성질을 띠며 전기 전도도도 다르다. 전도성 고분자는 다른 소재에 비해 가볍고 유연하며 가공이 용이해 차세대 전자소재로 각광받고 있다.
 
□ 전도성 고분자는 플렉시블(flexible)‧웨어러블(wearable)‧프린터블(printable) 등 첨단 기능을 요구하는 미래 전자소재로 각광받고 있다. 하지만 전도성 고분자 내부에는 사슬 얽힘 현상과 같은 불규칙적인 구조가 존재해, 전자소재에 적용 시 전자 이동을 저해하는 단점이 있다. 
 
  ∘ 이를 극복하기 위해 금속이나 실리콘처럼 규칙적인 구조를 갖는 전도성 고분자에 관한 연구가 진행돼 왔지만, 전자소자를 형성하는 동안 고분자 사슬의 자유도가 높아 불규칙적으로 배열되는 성향을 보여 결정구조를 제어하기가 매우 어렵다. 이에 전도성 고분자의 결정구조에 대한 추가적인 연구가 필요한 상황이다. 
 
∘ GIST(광주과학기술원‧총장 문승현) 신소재공학부 이재석 교수(교신저자)와 이홍준 박사과정생(제1저자)은 분자 크기 수준에서 조밀결정구조를 갖는 고결정성 전도성 고분자 합성기술 개발에 성공했다.
 
    그림1
[그림 1] 조밀결정구조를 갖는 전도성 고분자 박막 제조 및 결정구조. (가) 유기 유기연결체를 이용해 두 전도성 단량체를 연결시킨 전구체를 중합하는 과정. (나,다) 유기 유기연결체 종류에 따라 분자크기 수준에서 육방밀집구조와 면심입방구조로 제어되는 현상. 초고압전자현미경 결정구조 측정이미지 결과(왼쪽)와 각 결정의 단위구조(오른쪽). (라,마) PET 필름과 흑연 호일에 합성된 고결정성 전도성 고분자 박막 사진 
 
 
 
□ 연구팀은 다양한 유기연결체를 이용해 두 전도성 단량체를 연결시킨 전구체를 합성한 후 중합*하는 새로운 고결정성 고분자 합성기술을 개발했으며, 한국기초과학지원연구원의 선도 연구 장비인 초고압전자현미경*으로 분자크기 수준에서 정렬된 고분자의 결정구조를 분석했다.
  * 중합: 단량체라 불리는 단위분자들이 서로 결합하여 거대한 고분자를 만드는 반응
  * 초고압전자현미경: 가속전압이 1000V 이상인 전자빔을 이용해 물질의 미세구조, 즉 결정 내 원자 혹은 분자 배열(0.12㎚)까지 판별할 수 있는 전자현미경
 
  ∘ 연구팀이 도입한 중합법은 전구체가 전도성 고분자로 합성될 때 유기연결체로 고정되어 있어 고분자 사슬 얽힘 현상을 방지하기 때문에 전도성 고분자의 결정 구조를 제어할 수 있었다.
 
  ∘ 연구팀이 초고압전자현미경을 통해 분석한 결과, 합성된 전도성 고분자가 금속의 주요 결정구조를 형성하고 있었으며, 유기연결체 종류에 따라 조밀결정구조인 육방밀집구조*와 면심입방구조*로 관찰됐다. 이렇게 만들어진 전도성 고분자의 전기 전도도는 대조군 고분자 대비 최대 35배 증가했다. 
 
□ 이재석 교수는 “이번 연구는 고분자 결정구조를 분자 크기 수준에서 제어하고 관찰한 것으로, 고분자 합성기술이 향후 전자소재와 에너지(태양광전지, 배터리 등) 소재 제조에 응용될 수 있는 잠재성을 보여주었다”며 “이러한 분자 수준의 결정구조 또는 배열구조 분석을 통해 고분자 소재의 전도성을 향상시킬 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
 
□ GIST 이재석 교수(교신저자)가 주도하고 이홍준 박사과정생(제1저자)이 수행한 이번 연구는 삼성전자 미래기술육성센터 소재기술사업의 지원으로 진행됐으며, 세계적 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 9월 19일자 온라인판에 게재됐다.
 
* 논문명 : Close-packed polymer crystals from two-monomer-connected precursors
 
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