지스트, 미세섬유 기반 고성능 전도체 기술 개발

[이뉴스투데이 전한울 기자] 지스트(광주과학기술원)는 윤명한 신소재공학부 교수 연구팀이 미국 노스웨스턴 대학교 조나단 리브나이 교수와 안형주 포항 가속기 연구소 박사 연구팀과 함께 고성능 미세섬유 기반 유기물 혼합형 전도체 제작 기술을 개발했다고 8일 밝혔다.

연구팀은 상업용 반도체 공정에 주로 사용돼 온 변형제어공학을 단일 가닥 미세섬유에 적용해 고분자 미세결정을 한 방향으로 정렬시키는 방법으로 전하이동도와 전기전도성을 극대화 했다.

유기물 전기학적 트랜지스터는 기존 무기물 기반 트랜지스터에 비해 월등한 정전용량과 높은 전기적 스위칭·증폭 특성으로 생체 이식형과 피부 부착형 센서로 각광받아 왔다.

그러나 유기물 전도체의 고질적 문제인 낮은 전하 이동도와 전기전도성에 의해 스위칭·증폭 특성 향상에 걸림돌이 되어 왔다. 

연구팀은 이러한 문제점을 개선하기 위해 ‘PEDOT:PSS’ 기반 전도성 고분자 미세섬유 내 결정구조를 한 방향으로 정렬시켜 기존 동일재료 기반 소자(490 F cm-1V-1s-1)에 비해 3배 이상의 트랜지스터 특성 평가지수를 갖는 트랜지스터(1500 F cm-1V-1s-1)를 구현했다.
 
윤명한 교수는 “본 기술을 통해 최근 생체 이식형 전자소자로 각광 받고 있는 유기물 전기 화학 트랜지스터를 단일 가닥 섬유 형태로 제작하고 세계 최고 수준의 특성 평가지수를 달성하는데 성공했다” 며 “이번 연구에서 제안한 전도성 고분자 섬유 소재의 높은 전기적·전기화학적 특성을 고려해 추후 고성능 체내이식형 전자소자와 에너지저장장치로 활용되기를 기대한다”고 말했다.

윤명한 지스트 교수, 조나단 리브나이 노스웨스턴 대학교 교수, 안형주 포항가속기 연구소 박사가 주도하고, 김영석 지스트 박사과정 학생이 수행한 본 연구는 한국연구재단과 지스트 창의적 도전과제, 지스트 개발과제 사업의 지원을 받아 수행됐다.

본 논문은 과학기술 전문 권위지인 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’의 지난 4일 온라인 판에 게재됐다.