웨어러블·휴대용 기기 등에 적용…고유전율 확보 고분자 소재 개발

유연인쇄 전자 소자 성능 획기적 개선

고유전율 고분자 소재 개발로 실용성 한계 극복 실마리 제공

□ 웨어러블 기기나 휴대용 기기의 저전력 구동을 위한 유연 소자에 쓰일 수 있는 성능 좋은 절연층이 소개됐다.

□ 한국연구재단(이사장 이광복)은 안태규, 이지훈, 인인식 교수(한국교통대학교), 김세현 교수(영남대학교) 연구팀이 차세대 인쇄전자 소자에 사용할 수 있는 고유전율 고분자 소재를 개발했다고 밝혔다.

□ 분극특성을 조절한 유무기 하이브리드 고분자인 폴리실세스퀴옥세인(Polysilsesquioxane, PSQ)을 절연층 소재로 적용하여 8 이상의 높은 유전상수 값은 물론이고 유연성과 전기적·화학적 안정성 갖는 전자소자를 구현했다.

※ 폴리실세스퀴옥세인(Polysilsesquioxane, PSQ) : 투명하고 경도가 높으며 열적 안정성이 우수해 여러 산업에 널리 쓰이고 있는 소재

※ 유전상수 : 두 도체 사이에 유전체를 넣었을 경우와 넣지 않았을 경우에 대한 전기 용량의 비율

○ 3 정도의 유전상수 값을 갖는 저유전율 소재로 인식되어온 PSQ의 유전율을 3배 가량 높이고 응답속도를 높인 것이다.

□ 투명하고 경도가 높은 장점에도 불구하고 유전율이 낮아, 구동을 위해서는 높은 전압이 필요한 PSQ의 실용성을 높이기 위한 노력이 있어왔다. 하지만 안정적인 저전압 구동과 빠른 응답 속도를 모두 달성하는 데에는 어려움이 있었다.

□ 이에 연구팀은 사다리 형태의 유무기 하이브리드 고분자(Ladder- PSQ, LPSQ)의 미세 곁가지 분자 구조 제어를 통해 빠르고 강한 분극을 유도, 이를 기반으로 기존 고유전율을 가지는 고분자 소재의 한계로 지적 받아온 낮은 구동 안정성, 낮은 응답속도 문제를 해결했다.

□ 현재는 무기재료만큼 높은 유전율을 확보하지 못하였지만, 연구팀은 고분자의 구조를 제어해 더 큰 분극을 유도하면서도 전기 안정성과 응답속도를 확보하기 위한 고분자 설계, 박막 코팅 공정 개발 등의 후속연구를 지속할 계획이다.

□ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업 및 교육부와 한국연구재단이 추진하는 중점연구소지원사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구성과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials)’에 2월 9일 표지논문으로 게재되었다.