한양대-한국교통대, 공액 고분자 용액상 분자도핑 반응 원리 규명

(왼쪽부터) 한양대 장재영 교수, 정인환 교수, 한국교통대 정용진 교수, 한양대 서의현 박사후연구원. 사진 한양대 *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]허서우 인턴 기자 = 한양대는 에너지공학과 장재영 교수와 유기나노공학과 정인환 교수, 한국교통대 정용진 교수팀이 용액상에서 일어나는 공액 고분자의 분자 도핑 반응 원리를 규명했다고 20일 밝혔다.

해당 기술은 에너지 하베스팅 소자, 유기발광다이오드(OLED), 유기트랜지스터 등 공액고분자로 구성된 다양한 전자소자의 성능을 향상하고 공정을 간소화할 수 있어 생산비용을 낮출 수 있을 것으로 기대된다.

공동 연구진은 산화성이 강하고 화학적 안정성이 우수한 물질 F4TCNQ의 용액상 도핑 반응 원리를 밝히고자 주사슬의 구조는 같지만, 곁사슬이 서로 다른 세 가지 공액고분자를 합성했다. 주사슬은 공액 구조를 지녀 전하가 이동하는 통로의 역할을 하며, 곁사슬은 주사슬에 곁가지로 붙어 고분자를 용매에 녹인다.

연구진은 곁사슬을 조절해 세 고분자의 용해도에 변화를 줬다. 그 결과 용해도가 낮은 고분자일수록 용액상에서 더 응집되는 현상을 발견했고, 고분자가 더 응집돼 있을수록 더 효율적인 도핑 반응이 발생했다. 이렇게 도핑된 고분자 용액을 이용해 박막으로 코팅했을 때, 효율적인 도핑은 통로의 역할을 하는 주사슬 내에 전하의 수를 늘려 박막의 전기전도성과 열전특성을 향상했다. 연구진은 이번 연구를 통해 곁사슬이 공액 고분자에 단순히 용해도를 부여할 뿐 아니라 용액상에서 응집 정도를 제어함으로써 도핑 효율을 향상하고 나아가 유기 열전소자의 성능을 크게 향상할 수 있다는 사실을 증명했다.

이번 연구의 의의는 용액상 도핑 효율을 높여 공액고분자 기반 전자소자의 성능을 향상하고, 공정을 간소화해 제작비용을 절감할 수 있는 기술을 개발했다.

과학기술정보통신부의 재원(선도연구센터지원사업, 중견연구자지원사업, 기초연구실사업, 나노및소재기술개발사업, 인공지능대학원지원사업)으로 한국연구재단의 지원과 한양대 교내연구지원사업의 지원을 받아 수행된 이번 연구는 재료과학 분야 세계적 권위지인 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials)' 16일 자에 게재됐으며, 표지논문으로도 선정됐다.

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