최근 가볍고 휴대하기 편한 모바일 제품이 세대를 불문하고 생활화되면서, 유연성은 전자 기기에 필수적인 요소다. 그런데 LCD, PDP 등 각종 디스플레이에 사용되는 것이 ITO(Indium tin oxide)다.
ITO 는 투명 전극의 주요 소재로 수요는 많지만, 주재료인 인듐 매장량이 한정적이어서 가격이 비싸고 유연성이 부족하다. ITO를 대체할 차세대 유연 투명 전 모바일 기기, 평판 디스플레이, 터치 패널 등의 시장 규모는 전 세계적으로 커지고 있다. 극 소재로, 가격 경쟁력, 유연성, 공정화 가능성 등의 여러 장점을 지니고 있는 전도성 고분자가 각광받고 있다.
하지만 전도성 고분자도 낮은 전기 전도도로 인해, 관련 분야 상용화 및 경쟁력 확보에 어려움을 겪고 있다. 이에 전 세계 연구진들이 전도성 고분자의 면 저항을 낮추고 동시에 투과도를 높이기 위한 공정 연구를 개발하여, 고전도 및 고특성 유기 투명 전극 소재 개발에 착수했다.
연세대학교 기능성초미립자연구실(책임교수 김중현)도 높은 안전성과 낮은 면 저항, 높은 투과도를 동시에 구현할 수 있는 전도성 고분자 용액의 대량 생산에 매진하고 있다. 1991년 8월 김중현 교수에 의해 창립된 연구실은 에멀젼 및 나노 고분자 소재 기술을 바탕으로, 응용 분야를 확대하여 연구를 진행하고 있고, 전도성 고분자 물성 향상 및 공정 개발 연구에 주력하고 있다.
김중현 교수는 미국 Lehigh 대학교 박사학위를 받고, Morton Thiokol 선임 연구원을 거친, 기능성 나노 소재 분야 전문가다. 연구실은 초기에 벌크 및 마이크론 크기에서 물성 제어 및 구현 불가능한 특성을 나노기술에 도입하고, 나노 크기를 제어하면서 정밀, 정보 소재 산업 분야에서 요구되는 다양한 기능성 나노 소재 제조 공정과 원천 기술을 개발했다. 이를 바탕으로 현재 전도성 고분자의 기능 설계 및 합성 공정 제어 연구를 진행하고 있다.
최근 연구팀은 매우 안정적이면서 높은 전도도를 구현 가능한 공정을 도입하여, 전도성 고분자 용액을 제조하는데 성공했다. 이는 현재 상용화된 높은 전도성 고분자인 Clevios PH1000 보다 좋은 특성을 보였다.
이러한 성과를 바탕으로, 향후 유연 전자소재에 높은 안전성과 함께, 낮은 면 저항과 높은 투과도를 동시에 구현할 수 있는 전도성 고분자 용액의 대량 생산도 가능할 것으로 전망된다. 좀 더 자세한 결과는 세계적인 저널인 Advanced Materials에 2017년 표지논문으로 게제된 논문에서 확인할 수 있다.
김중현 교수는 현재 과학기술정보통신부 주관 나노소재기술개발사업 및 산업통상자원부 주관 산학연기술개발사업 아래 한진화학과의 공동 연구를 통해 전도성 고분자의 특성 극대화와 산업계로의 기술 이전과 상용화를 실현중이다.
김교수는 “연구를 통해 전도성 고분자의 한계를 극복할 수 있게 되면, 미래 유연 소자의 핵심 부품으로 국내를 넘어 전 세계 유연 전자소자 시장을 주도할 수 있을 것”이라고 전망했다.
이어 “기존 투명 전극 ITO의 문제점을 극복할 뿐 아니라, 전도성 박막 필름의 우수한 전기적 특성과 고투과도의 특성을 확보하고, 나아가 유연 전기전자 소자 상용화까지 이뤄내는 것이 목표”라고 밝혔다.
전자신문인터넷 윤나영 기자 (yny@etnews.co.kr )
