능동형 폴리머 소재란

능동형 폴리머소재는 외부환경에 감응하여 신호를 전달하고 정보를 표시하며 에너지를 생산할 수 있는 고분자 소재다. 이러한 고분자소재는 빛에 반응하여 색이 바뀌고 그와 동시에 빛의 방향이나 전기적 특성을 바꾸기도 한다. 반대로 전기적 자극을 주면 색이 바뀌고 형광을 조절할 수 있게도 한다.

능동형 폴리머는 용액 내에서 자체 조합으로 인해 생성되는 패턴, 광에 의해 생성되는 전도성 고분자 전극회로, 3차원 형광패턴법 등 나노 마이크로 수준에서 균일한 모양을 형성시킨다. 그러한 구조 아래서 패턴 크기와 모양에 따라 전하전달, 광전달, 분자나 cell의 전달이 효율적으로 될 수 있다.

특히 특수한 아키텍처 내에서 능동적 특성을 발현하게 되므로, 모양내기(patterning)는 전자 및 바이오소자의 디자인과 특성을 제어하는데 있어서도 중요한 연구 분야이며, 전 세계적으로 기술 확보를 위해 경쟁적으로 몰두해 있는 분야이다.

무엇을 목표로 달려가고 있는가

능동형 폴리머 기반 유기전자소자 및 바이오 기능 제어용 패턴 소재 응용 연구에 집중하고 있다. 앞으로 연구에서는 3차원과 2차원의 패턴 제어기술을 확립하고, 기능 증폭형 폴리머의 경우에는 합성의 프로토콜과 특성의 최적화까지 이루고자 한다. 마지막 3단계 연구는 응용기술 개발 단계로서, 패턴 된 소재로부터 실용적인 전자소자, 세포 생장 제어 기능 바이오 활성 패턴 제조, 유연성 트랜지스터의 제조까지 완료하게 되며, 고효율 광전변환 소자의 제조와 이중 기능성 고분자 소재를 활용한 응용 개발을 달성할 계획이다.

본 센터 사업을 통하여, 폴리머 소재 기술을 나노․바이오․정보 (NT+BT+IT) 융합 기술에 접목하는 세계적 선도 연구의 기반을 확보할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

왜 하필 수동이 아닌 능동일까

수동적인 고분자 소재는 센터가 만들어지기 이전에 이미 일상생활에서도 많이 쓰이고 있었으며, 오래 연구돼 왔었다. 또 수동 고분자는 전기도, 광도 통할 수 없고, 또 어떤 생체 친화적인 것도 없다. 반면에 능동적인 고분자는 가능했다.

그리고 전도성 고분자나 광기능성 고분자도 많이 연구되어 있었고, 특성을 증폭시키면서 소자에 들어가려면 패턴으로 되어야 했다. 패턴이 1차원뿐만 아니라 2차원, 3차원으로 나온다면 전하전달 등의 부분에서 능동 특성이 굉장히 많이 달라진다. 고분자 패턴을 통하여 기능을 훨씬 높이고, 새로운 기능까지 나타낼 수 있다는 가능성을 확인했다.

소재-소자-패턴의 연구가 공동으로 수행되어야 하므로 보다 효율적인 공동 연구 방안을 협의하는 과정에서 연구재단의 사업에 관심을 두게 되었고, 신진 연구자들이 모임에 합류함으로써 현재 연구센터의 기초를 마련하게 됐다.

연구 중 난관에 부딪히다

10여 명 이상의 교수가 참여하고 우수한 기초기술이 개발되고 있으나, 센터의 연구비가 매우 적어 어려움이 크다. 또한 사업단에서 능동폴리머 소재 패턴에 필요한 장비 구축도 부족하여 연구의 완성도를 높이는데 어려움이 많다.

이 같은 부분을 극복하기 위해 국내외 연구협력을 통하여 일부를 해결했고, 해외 연구진과의 네트워크가 활성화되는 장점도 얻었다. 또한, 참여 연구진들 간의 활발한 공동 연구로 신속하게 문제를 해결해 나갈 수 있었다.

앞으로 사업단 공동연구실에 본 연구센터 고유 목적에 맞는 장비시스템을 구축하여 패턴 소재연구와 산업체의 신기술 개발을 리드해 나아가는 것이 해결해야 할 주요 과제이다.

아직은 나아가야 할 때

이곳에서는 소재 합성과 특성 규명, 패턴공정 및 응용기술까지 체계적으로 연구가 수행되어, 이 분야에서 독보적인 연구센터라고 자부하고 있다. 신진연구자들의 합류와 그룹형 연구진행을 통해 보다 높은 수준의 연구로 완성도를 높여가고 있기 때문이다.

하지만 이들은 여기에서 만족하지 않는다. 고생한 만큼 인정받는 것은 기쁘지만, 아직 문제를 풀어나가는 과정일 뿐이라고 생각하기 때문이다. 국내 최초로 패턴 집적형 능동형 폴리머 소재 관련 연구를 진행하는 만큼 이 분야의 원천기술 확보를 위해 오늘도 최선을 다하고 있다.

APCPI는 김은경 센터장을 비롯한 8명의 연세대 교수와 KAIST 김상율 교수, 송현준 교수, 한양대 김낙중 교수, 한남대 이광섭 교수, 부산대 백현종 교수, 충남대 양성윤 교수로 이루어졌다. 고분자 전문가들의 협업이 빛을 발해 원천기술을 확보할 수 있기를 기대해본다.