▲ 개발된 이온젤 전극을 포함하는 전계발광소자 (소자를 작동시켜 발광시킨 상태에서 최대 1200%까지 잡아당겨도 작동이 가능함.)

국내 연구단이 신축이 가능한 새로운 소재를 개발해 디스플레이, 배터리 등 소자에 활용되어 웨어러블 장치 개발을 촉진 할 수 있을 것으로 기대된다.

한국연구재단은 부산대학교 윤진환, 진성호 교수 연구팀이 말거나 비틀어도, 원래 길이의 12배까지 잡아당겨도 작동하는 전계발광소자를 개발했다고 17일 밝혔다.

전기장을 가해주면 밝은 빛을 내는 전계발광소자는 디스플레이, 조명 등에 폭넓게 활용된다. 최근에는 금속전극이 아닌 플라스틱 전극을 이용해 휘거나 구부릴 수 있도록 만든 소자들이 많이 소개되고 있다.

웨어러블 디바이스 등에 대한 수요가 늘어나면서 하이드로젤처럼 유연한 연성물질을 전극으로 이용해 자유자재로 변형시키거나 잡아당길 수 있는 유연한 소자에 대한 연구가 활발하다.

이에 부산대 연구팀은 탄탄한 구조의 젤 소재를 만든 후 전류를 잘 흐르게 하는 이온성 액체를 소재에 흡수시켜 유연성과 전기전도도를 모두 높인 이온젤을 만들었다.

유연함과 기계적 강도(인장력·인장성·신축성)를 함께 높이고자 서로 성격이 다른 고분자를 접목한 것이다. 유연한 고분자 사슬과 질긴 고분자 사슬을 각각 그물구조로 만든 후, 이 둘을 서로 교차시켰다. 기존에는 고분자 사슬 하나를 이용한 방식의 접근이었고 이같은 조성을 시도한 것은 이번 연구가 처음이다.

이렇게 만들어진 젤 소재는 마치 슬라임이나 고무줄처럼 유연 하면서도 잘 찢어지지 않도록 했으며, 이온성 액체를 흡수시켜 투명하면서 전기가 잘 통하는 이온젤 전극을 만들었다. 기존 이온전해질 보다 더 열에 안정적인 이온성 액체를 사용해 0도에서 200도의 넓은 온도구간에서도 소자가 잘 작동된다.

잘 찢어지지 않는 이온젤 소재는 자유자재로 형태를 바꿀 수 있는 디스플레이, 디지털 센서, 배터리 개발을 위한 소자의 실마리가 될 수 있을 것으로 전망된다.

윤진환 교수는 “기존에 보고된 세계최고기록 경신을 목표에 두고 화학구조 디자인을 조금씩 바꿔가며 연구에 매진해 마침내 우수한 성과를 달성할 수 있었다”고 말했다.

한편, 교육부와 한국연구재단이 추진하는 보호연구사업과 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 선도연구센터사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 소재 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)’에 13일(온라인) 게재되었다.