커피링 활용해 유기고분자 방향 조절한다

커피얼룩 효과를 이용한 고분자 배향 기술 개발
소프트리소그래피 기반 고배향 유기 반도체 소자 제작

실시간 편광 광학 현미경 분석을 통한 채널 폭에 따른 용매의 흡수속도 및 고분자 집합체 형성속도 예측

[아시아경제 황준호 기자] 일상생활에서 쉽게 관찰되는 커피 얼룩 효과를 이용해 유기 고분자의 방향을 제어하는 기술이 개발됐다. 다양한 방향으로의 고분자 집합체 배향이 가능해 향후 사물인터넷(IoT)용 유연소자 등을 개발하는데 기여할 기술이 될 것으로 예상된다.

한국연구재단은 한국과학기술원의 윤동기 교수, 김형수 교수, 김봉수 교수가 커피링을 이용해 반도체 고분자 구조의 배향을 조절하는 기술을 개발했다고 17일 밝혔다. 이번 연구의 성과는 국제학술지인 에이씨에스 나노(ACS Nano) 최근 실렸다. 배향은 막대기 모양의 분자가 일정한 방향으로 배열돼 있는 것을 뜻한다. 한 방향으로 나란히 있을수록 배향도가 높다고 한다. 배향에 따라 구조체의 광학적, 전기적 성질이 다르다.

마이크로채널 폭에 따라 배향 조절된 고분자 집합체 형성

연구팀은 유기반도체 용액을 통해 반도체 고분자의 배향이 용매의 확산속도에 따라 달라진다는 것을 관찰했다. 연구팀은 용매만 통과할 수 있는 소재로 만들어진 마이크로미터(㎛) 크기의 벽과 벽 사이에 유기반도체 용액을 채워놓고, 벽 사이 폭을 5㎛, 10㎛로 다르게 적용해 실험했다. 이 결과 용매의 확산 속도에 따라 긴 사슬 모양의 반도체 고분자의 배향이 벽을 기준으로 수직·수평 방향으로 달라진다는 것을 확인했다.구체적으로, 유기 고분자는 벽 사이 폭이 좁아 용매의 확산 속도가 빨라지면 용매 흡수도 빨라지면서 벽에 수직한 방향으로 배열했다.

실제 이를 이용해 만들어진 트랜지스터는 전하이동성을 좌우하는 전기적 이방성이 높게 나타났다. 고분자 사슬이 정렬되는 방향에 따라 고분자와 고분자 사이에 전하가 잘 이동할 수 있는 분자체의 실제적 거리가 가까워진 결과다.

연구팀 측은 "기존에는 한 방향으로 배열된 유기반도체 고분자가 아니라, 다양한 방향으로의 고분자 집합체 배향이 가능함을 보인 연구"라며 "향후 유기반도체가 활용되는 디스플레이 소자, 광학소자, 화학센서 등에 기여할 수 있을 것으로 예상된다"라고 밝혔다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr