차세대 에너지 저장 소재, 투명 디스플레이 소재, 플렉시블 배터리 등 여러 분야에 응용할 수 있는 투명한 전도성 플라스틱이 나왔다.

국내 연구팀이 투명도가 매우 향상된 전도성 플라스틱 신소재를 개발했다. 뛰어난 가공성과 내구성에도 불투명함이 한계로 지적돼 온 전도성 고분자를 뛰어넘어 차세대 투명유기전극 시장의 유력한 후보로 부상할 전망이다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장직무대행 윤석진) 전북분원 복합소재기술연구소(분원장 홍재민) 기능성복합소재연구센터 주용호 박사팀은 미국 퍼듀대 연구팀과 공동연구를 통해 높은 전도성과 투명함을 동시에 지니는 플라스틱 신소재를 개발했다.

투명전극은 현재 스마트폰과 TV, 각종 디스플레이에 활용되고 있다. 빛은 그대로 투과시키면서 전기를 잘 통하게 하는 역할을 한다. 투명전극을 만들기 위해 대표적으로 사용되는 소재가 전도성 고분자이다. 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 있는데 화학구조의 한계로 필름 두께가 두꺼워지면 불투명도가 높아지는 단점을 가지고 있다. 2000년 노벨화학상을 수상한 전도성 고분자의 개발은 이후 유연하고 투명하며, 높은 압력에도 깨지지 않는 강도를 확보하기 위한 연구개발이 중점적으로 이뤄져 왔다.

KIST 주용호 박사팀은 라디칼 고분자(Radical Polymer) 활용에 주목했다. 투명전극으로 라디칼 고분자를 활용하기 위해 소재를 불투명하게 하는 공중합 구조를 없앤 비공중합 고분자 합성에 주력했다. 이에 최적화된 화학구조를 적용해 뛰어난 투명도와 유연성을 동시에 갖는 고분자를 개발하고 고분자-이온 복합체를 형성해 이 분야의 세계최초 원천기술 확보에 성공했다.

실험을 통해 개발한 고분자가 필름 두께 1㎛(마이크로미터, 100만분의 1m)에서 96% 이상의 투명도를 가지는 것을 확인했다. 이는 같은 두께에서(1㎛)의 기존 전도성 고분자 ‘PEDOT:PSS’ 투명도가 10% 이하인 것과 비교하면 매우 높은 수치이다.

주용호 박사는 “라디칼 고분자의 개발은 기존 전도성 고분자의 구조적 모순을 해결해 유기 전자재료 연구개발에 새로운 패러다임을 제시하게 될 것”이라며 “앞으로 높은 전도도와 유연성, 투명도를 극대화하는 고성능 유기 전자소재의 개발로 이어져 차세대 에너지 저장 소재, 투명 디스플레이 소재, 플렉서블 배터리, 바이오 전기화학 등 다방면의 발전에 활용될 수 있기를 기대한다”고 말했다.

연구 결과는 고분자 분야 국제 저널인 ‘Macromolecules’ 최신호(논문명: Mixed Ionic and Electronic Conduction in Radical Polymers)에 실렸다.