서울시립대학교 화학공학과 문홍철 교수 연구팀이 완전히 절단되어도 상온에서 1분 이내에 원래의 특성을 회복할 수 있는 세계적 수준의 고탄성 이온전도체 소재를 개발, 자르고 붙이는 단순 과정을 통해 소자 형태 변형이 손쉽게 가능한 신규 발광소자 플랫폼 구현에 성공했다.

해당 성과는 “Ion-Cluster-Mediated Ultrafast Self-healable Ionoconductors for Reconfigurable Electronics”라는 제목으로 6월 30일 Nature Communications (IF: 17.694)에 온라인 게재됐다.

지금까지 개발된 자가 치유 소재는 고분자 체인의 움직임을 원활하게 하여 빠른 회복을 유도하기 위해 외부에서 높은 열 및 자외선 등의 에너지를 가하거나 습도 조절이 필요했다. 같은 맥락에서 일상생활이 이루어지는 상온에서 빠른 자가 회복을 유도하려면 소재의 탄성을 급격하게 낮춰야하기 때문에 해당 방법으로는 소자 응용에 적절한 소재를 확보하기 어렵다는 한계가 있었다.

문홍철 교수 연구팀이 제시한 이온성 고분자와 이온성 액체간 이온클러스터 형성을 통한 빠른 자가 회복 메커니즘은 고분자 체인의 원활한 움직임을 유도하지 않아도 된다. 상온에서도 1분 이내 매우 빠른 회복을 보였다.

동시에 해당 이온전도체는 1130% 이상의 높은 신축성과 고탄성을 가진다는 측면에서 웨어러블 소자 활용이 적합하다 평가되고 있다. 실제 연구팀은 간단히 소자를 자르고 붙이는 과정을 통해 픽셀화 하거나 형태를 바꿀 수 있는 신개념의 디스플레이(reconfigurable display)를 성공적으로 구현했다.

문홍철 교수는 “이번 연구는 기존 개념을 벗어나 아주 작은 크기의 이온의 거동 제어를 통해 이온전도체 자가 회복 특성을 크게 향상 시킬 수 있다는 점에서 큰 의의를 가진다”며 “향후 웨어러블 전자소자 응용 시 새로운 형태의 다기능 플랫폼 구축을 앞당길 핵심 소재/소자 기술이 될 것이며, 기계적인 결함이 발생했을 때 해당 문제를 스스로 빠르게 복구 할 수 있는 스마트한 시스템 구현이 가능할 것으로 기대된다.”고 했다.

해당 연구는 한국연구재단 나노 및 소재기술개발사업 특화형 및 중견연계 신진후속 사업의 지원으로 수행됐다.