국민대 이현정·고려대 우한영 교수 공동 연구 결과, 스몰 메소드 2월호 전면표지논문으로 선정

▲ 유기 전기화학 트랜지스터 (OECT)의 모식도와 전기화학적 도핑의 매커니즘 반결정성 고분자를 사용한 유기 전기화학 트랜지스터를 통해 전기화학적 도핑 레벨을 조절함에 따른 전기적, 열전 특성을 분석하는 시스템이다. 오른쪽 그림은 게이트 전압 조건에 따라 전기화학적 도핑이 작동하는 원리를 보여주는 그림 (자료=국민대)[에너지경제신문 송기우 기자] 국민대학교(총장 임홍재) 신소재공학부 이현정 교수 연구팀이 고려대 화학과 우한영 교수 연구팀과 공동연구를 통해 차세대 에너지 물질로 주목받는 고기능성 열전 물질내 전하 전달 특성을 새롭게 규명하였다. 이번 연구결과를 담은 논문은 세계적 나노재료분야 SCI급 저명 국제학술지인 ‘스몰 메소드(Small Methods) 2월호’에 게재 확정되었으며, 연구 결과의 중요성을 인정받아 전면표지논문(Front cover picture)으로 선정됐다. 고기능성 열전 소재인 유기 전자재료 소재는 폐열을 전기로 바꿀 수 있고, 무기물에 비해 유연하고, 공정이 쉽다는 점에서 차세대 에너지 물질로 주목받고 있다. 하지만, 무기물에 비해 열전 성능이 떨어진다는 한계점이 있다. 또한, 유기 열전 물질을 도핑하는 주된 방법인 화학적 도핑 방법에서 정밀한 도핑 레벨 조절에서의 어려움, 상 분리 등의 한계점이 있다. 이러한 한계점을 극복하고 높은 수준의 열전 성능을 지니기 위한 연구가 요구되고 있다. 연구팀은 다른 측쇄 그룹 구조를 가지는 유기 반도체 물질을 합성한 뒤, 이온성 액체를 사용한 유기 전기화학 트랜지스터 시스템을 통한 전기화학적 도핑을 구현하여 유기 반도체 고분자의 도핑 레벨을 광범위하게 조절하였다. 그와 동시에 전하 발생, 열전, 구조적, 국부적인 상태 밀도를 측정함으로써 도핑 레벨에 따른 열전 특성 간의 상관관계를 분석하였다. 이를 바탕으로 유기 반도체 고분자에서 측쇄 엔지니어링에 따른 화학 구조적 특성을 바탕으로 고분자 측쇄가 열전 특성에 미치는 영향을 분석하였다.

▲ 제1저자 최우진·김수현·이순용 대학원생 (사진=국민대)공동연구팀은 "이 연구를 통해, 높은 레벨로 도핑된 유기 열전 물질의 전하 전달 특성을 관찰할 수 있는 분석 시스템을 제안했고, 유기 열전 물질 분자 구조 디자인의 방향성을 제시하여 고효율 열전 소자의 발전에 기여할 수 있을 것으로 기대된다"고 연구의 의의를 설명했다. 연구 논문명은 ‘Unravelling disorder effects on thermoelectric properties of semicrystalline polymers in a wide range of doping levels’이며, 국민대 이현정교수와 고려대 우한영교수가 교신저자로, 최우진, 김수현, 이순용 대학원생이 제1저자로 참여했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 중견연구사업과 기초연구실 집단연구사업의 지원을 통해 수행되었다.