전남대(총장 정성택)는 윤창훈 고분자융합소재공학부 교수팀이 강문희 충북대 전자공학부 교수팀과 공동으로 800 S/㎝ 이상 높은 전기 전도도를 갖는 전도성 고분자(PEDOT:PSS) 전극의 물에 의한 내구성 감소 메커니즘을 규명, 내구성 향상 기술을 개발했다고 1일 밝혔다.
연구팀은 물에 의한 전기적 특성 변화를 효과적으로 분석하기 위해 100나노미터(㎚) 두께의 PEDOT:PSS 필름을 여러 가지 pH 조건을 갖는 수용액에 담그고, 침지 시간 증가에 따른 PEDOT:PSS 필름의 내부 구조 변화를 추적했다. 그 결과 1초 미만의 매우 짧은 시간에도 이미 전체 막의 젖음 현상과 두께 감소가 발생하는 동시에 수 나노미터 크기의 새로운 PEDOT:PSS 구조가 표면에서부터 생성되는 것을 발견했다.
이를 바탕으로 연구팀은 수용액 내에서 PEDOT:PSS 필름의 나노 구조 재정렬 메커니즘을 규명했다. 재정렬 결과로 생성된 PEDOT:PSS 나노 구조체를 보호막으로 활용해 수분에 대한 PEDOT:PSS 필름의 내구성 향상 기술 개발 및 이를 이용해 측정 정밀도가 30% 이상 향상된 비타민 C 센서를 구현하는데 성공했다.
전도성 고분자는 반도체 및 디스플레이 같은 최첨단 전자 기기 포장지에 대전 방지 기능을 부여하는 소재로 널리 사용하고 있다. 차세대 스트레처블 디스플레이용 투명전극 뿐만 아니라 전기화학반응 기반 바이오센서용 전극으로도 활용되면서 전 세계적으로 활발히 연구되고 있는 전자 재료이나 전도성 고분자를 이용한 전극은 공기 중의 수분에 의해 전기 전도도가 지속적으로 감소하며 내구성이 떨어지는 한계를 보여왔다.
윤창훈 교수는 “이러한 전도성 고분자의 내구성 향상 기술은 향후 고정밀 바이오센서뿐만 아니라 웨어러블 전자기기, 차세대 디스플레이용 투명 전극 등과 같은 다양한 분야에 적용이 가능하기 때문에 파급 효과가 클 것”으로 기대했다.
이 연구는 한국연구재단 기본연구사업의 지원으로 수행됐다. 연구내용을 담은 논문은 미국화학학회(ACS)가 발행하는 표면과학 전문 국제학술지 'ACS Langmuir' 보충표지 모델로 게재됐다.
광주=김한식기자 hskim@etnews.com
