주요 연구성과
NEW 김종현 교수팀, 고전도성·고출력 열전 고분자 필름 개발 新 원리 제시
- 2022-11-07
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김종현 교수 연구팀이 고분자 분자량 조절을 통해 고분자의 전도성을 극대화할 수 있는 새로운 원리를 밝혀냈다. 고분자가 분자량 별로 가지는 고유한 물성을 활용하여 도핑 효율을 끌어올리는 원리로, 유연하게 휘어지는 전극 소재와 친환경 에너지 기술 등에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.
김종현 교수(응용화학생명공학과·대학원 분자과학기술학과, 사진 오른쪽)는 울산과학기술원(UNIST) 김봉수 교수팀, 서형탁 교수(아주대 신소재공학과·대학원 에너지시스템학과)팀과 함께 분자량에 따른 고분자의 도핑 메커니즘을 규명하고, 이를 통해 동일한 고분자에 대해서도 분자량에 따라 전기 전도도를 제어할 수 있는 새로운 전략을 제시했다고 밝혔다.
관련 연구는 ‘분자량이 공액고분자 도핑효율과 열전성능에 미치는 영향(Impact of Molecular Weight on Molecular Doping Efficiency of Conjugated Polymers and Resulting Thermoelectric Performances)’이라는 제목으로 재료 분야 국제 저널인 <어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials), IF: 18.808/JCR 상위 2.73%)> 5월25일자 온라인판에 게재됐다. 이번 연구에는 우리 학교 분자과학기술학과 석박사 통합과정에 재학중인 윤상은 학생(사진 왼쪽, 지도: 김종현 교수)이 제1저자로 참여했다.
그동안 유기 반도체 소재의 전기 전도도를 향상시키기 위해 분자도핑(Molecular doping)과 관련된 많은 연구들이 수행되어 왔다. 분자도핑은 소량의 분자 형태도 도판트를 이용해 반도체의 전하밀도를 향상시키는 공정을 말한다. 도판트는 반도체의 특성을 변화시키기 위해 의도적으로 첨가하는 불순물이다. 기존 연구 대부분은 신규 고분자 소재, 도판트 소재 개발 혹은 공정 개발과 같은 응용 연구에 집중되어 왔다.
이에 공동 연구팀은 기존의 응용 연구에서 벗어나 기초적인 연구에 집중했다. 동일한 고분자를 이용하여 고분자의 분자량이 전기 전도도와 열전출력 성능에 미치는 영향을 분석한 것. 이를 통해 연구팀은 고분자의 분자량과 도핑 효율, 전도도, 그리고 열전변화 효율 간의 상관관계를 명확히 밝혔다.
김종현 교수는 “이번 연구를 통해 밝혀낸 고분자 분자량에 따른 도핑 효율 제어 기술은 현재 사용되고 있는 고분자들에 대해서도 분자량 제어를 통해 전도도와 열전변환 효율을 극적으로 향상시킬 수 있는 기술이 될 것”이라며 “이러한 기술은 신축되거나 휘는 전자기기의 전극 소재 혹은 열전 에너지 하베스트 소자의 핵심 소재로 활용될 수 있을 것”이라고 전망했다.
에너지 하베스트(Energy harvest)는 우리 주변의 에너지(열, 빛, 진동 등)를 전기에너지로 변환해 활용할 수 있는 친환경 에너지 기술을 말한다.
이번 연구는 한국연구재단의 대학중점연구소 지원사업(분자과학기술연구센터)의 지원을 받아 수행되었다.
분자량에 따른 도핑 전후 고분자사슬배열의 변화(왼쪽 그림) 및 전기 전도도(가운데 그림), 열전 성능(오른쪽 그림)과의 상관관계