마이크로채널 폭에 따라 배향 조절된 고분자 집합체 형성. 편광 현미경 관찰을 통해 관찰한 5마이크로미터 및 10마이크로미터 채널 폭에 따른 고분자 집합체의 서로 수직인 배향.[KAIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 일상생활에서 쉽게 관찰되는 커피 얼룩효과를 활용해 유기고분자의 방향을 제어할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국연구재단은 KAIST 윤동기‧김형수 교수, 울산과학기술원(UNIST) 김봉수 교수 연구팀이 커피 방울이 종이에 떨어지면 방울 끝으로 커피 알갱이가 모여 방울의 외곽부분에 커피 얼룩이 생기는 커피링(coffee-ring) 효과를 이용해 반도체 고분자 구조의 배향을 조절했다고 17일 밝혔다.

사물인터넷(IoT)용 유연소자는 유연한 유기반도체(유연성)를 용액상, 액체상태에서 고체인 박막으로 만들어 패터닝하는 기술이 중요하다.

하지만 용매가 증발하면서 용질인 유기반도체 분자들의 배열이 달라질 수 있어 이에 대한 정확한 이해가 필요한 상황이었다.

연구팀은 용매만 통과할 수 있는 소재로 만들어진 마이크로 크기의 벽과 벽의 공간 사이에 유기반도체 용액을 채워 넣고, 벽 사이 폭을 5마이크로미터와 10마이크로미터로 다르게 했을 때,

용매의 확산속도가 달라진다는 점에 착안하여 용매와 함께 움직이는 긴 사슬모양의 반도체 고분자가 벽에 수직, 수평방향으로 달라짐을 관찰했다.

그 결과 폭이 좁을수록 용매의 확산이 빨라지면서 빠르게 용매가 흡수되면서 채널에 수직한 방향으로 유기고분자가 배열했다.

이는 마치 연필들을 굴리면 연필의 길이방향이 아니라 그 수직 방향으로 굴러가고, 연필들을 손가락으로 살살 긁으면 연필이 길이방향으로 제어되는 것과 비슷하다.

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 가까워지면서 일어나는 현상이다.

기존 한 방향으로 배열된 유기반도체 고분자가 아니라 다양한 방향으로의 고분자 집합체 배향이 가능함을 보여, 향후 유기반도체가 활용되는 디스플레이 소자, 광학소자, 화학센서 등에 도움이 될 것으로 기대된다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업의 지원으로 수행된 이번 연구성과는 국제학술지 ‘에이씨에스 나노(ACS Nano)’ 10월 16일 온라인판에 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com