고전도성 고유연성 고분자 필름 개발원리 제시

아주대학교 김종현 교수 연구팀이 고분자를 이용해 고전도성 필름을 제작할 수 있는 고효율 분자도핑 원리를 밝히는데 성공했다. 고분자의 유연한 물성까지 더해져 폴더블 전자기기 전극소재, 플렉서블 에너지 하베스트 소재 등에 응용이 가능할 것으로 기대된다.

김종현 교수(응용화학생명공학과·대학원 분자과학기술학과, 사진)는 건국대학교 김봉기 교수 연구팀과 도판트별 유기반도체 소재의 도핑 메커니즘을 규명하고, 이를 통해 공액고분자의 화학구조에 따라 고효율 도핑이 가능한 최적의 도판트를 선별할 수 있는 새로운 전략을 제시했다고 밝혔다.

‘도판트’는 반도체의 전기적 성능을 향상시키기 위해 의도적으로 첨가하는 소량의 불순물로, 분자도핑(molecular doping)은 특히 분자형태의 도판트를 이용해 반도체의 전하밀도를 증폭시키는 공정이다. 그동안 유기반도체 소재의 전기전도도를 향상시키기 위해 분자도핑과 관련된 많은 연구들이 수행되어 왔다. 그러나 기존 연구들은 대부분 신규 공액고분자, 분자도판트 등의 소재개발 혹은 도핑공정 개발에만 머물러 있었다.

이에 연구팀은 기존 응용연구에서 벗어나 도핑원리를 밝히는 기초연구에 집중했다. 고분자의 화학구조나 구성원소의 종류에 따른 고분자-도판트 산화환원반응 비교분석 실험을 진행한 것. 이를 통해 고효율 도핑, 고전도성, 그리고 고열전에너지 변환효율 확보를 위한 유기반도체소재설계 및 최적도판트 선별원리를 밝혀냈다.

김종현 교수는 “이번 연구로 밝혀낸 고분자 도핑원리는 향후 다양한 유기반도체의 화학구조 맞춤형 전기적성능 최적화에 대한 가이드라인이 될 것으로 예상된다”며 “이러한 분자도핑을 통해 얻어지는 고전도성 고분자 필름은 휘거나 접히는 모바일 전자기기의 전극소재 혹은 에너지 하베스트 소재로 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.