축전지와 태양전지용 전기전도도를 가진 플라스틱

래디컬 폴리머(radical polymers)라고 불리는 촉망받는 전기전도성이 있는 플라스틱이 투명한 저비용의 태양전지, 플렉시블한 경량의 축전지 그리고 소비자용 전자장치와 비행기에 사용될 극박막의 정전기 방지 코팅을 가능케 할지도 모른다.

연구진들은 일반적인 반도체 폴리머보다 약 10배 이상의 전기전도도를 가진 [PTMA]라고 불리는 고체 상태의 전기적 특성을 가진 폴리머 형태를 만드는 데 성공했다. "이것은 전하를 전도하는 폴리머 유리이며, 유리는 일반적으로 절연체이기 때문에 역설적인 용어이기도 하다"고 퍼듀 대학교 화학공학과 조교수인 브라이언 보도리스(Bryan Boudouris) 교수는 말했다.

폴리머는 제작하기가 쉽고 수많은 제품에서 발견되는 비싸지 않은 투명 플라스틱인 플렉시 유리(Plexiglas)를 닮았다. "우리는 매년 수조 톤의 플라스틱을 제작한다. 만약 우리가 전자적인 특성을 가진 물질을 같은 규모로 생산할 수 있으면 어떻게 될 것인가?"라고 보도리스(Boudouris) 교수는 말했다.

[PTMA]는 비싸지 않은 투명 태양전지, 휴대전화기 디스플레이에 사용될 정전기 방지 및 눈부심 방지 코팅, 벼락에 맞는 것을 보호하기 위해 비행기에 칠해지는 정전기 방지 커버링, 플렉시블한 컴퓨터 플래시 드라이브 그리고 열에서 전기를 생산하는 열전장치 등에 사용될 수 있는 전기적으로 활동적인 폴리머의 한 종류이다.

폴리머는 새로운 형태의 축전지에 상업적으로 사용될 것이다. 그런데 폴리머가 사용될 광범위한 분야를 모색하는 것은 100~1,000배 정도의 전도도 증가가 있어야 한다고 보도리스(Boudouris) 교수는 말했다.

최근의 연구결과는 지난 5월 [Macromolecules] 저널 온라인판에 발표된 논문에 상세히 기술되어 있다. 이 주제에 대한 검토 논문이 9월에 같은 저널에 발표되었고 맨 선두에 자리를 잡고 있다.

검토 논문의 저자는 퍼듀 대학교 대학원생인 에드워크 피. 톰린손(Edward P. Tomlinson)씨와 마르타 이. 헤이(Martha E. Hay)씨 그리고 보도리스(Boudouris) 교수이다. 5월에 발표된 연구 논문의 저자는 대학원생인 리쯔베스 로스트로(Lizbeth Rostro)씨, 학부 학생인 시 후이 웡(Si Hui Wong)씨 그리고 보도리스(Boudouris) 교수이다.

폴리머는 중앙 백본을 가진 분자 스트링이며, 중앙 구조체에 매달릴 수 있는 소위 펜던트 그룹(pendant groups)이라고 불리는 사이드 체인을 포함할 수도 있다. 래디컬 폴리머에서, 이러한 펜던트 그룹이 전하를 이동시키고 전류를 전도한다.

래디컬 폴리머 창조를 위해, 연구진들은 팬던트 그룹 내의 특수한 수소 원자를 산소 원자로 대체하여 그것을 소위 래디컬 그룹(radical group)으로 변환시키는 디프로텍션(deprotection)이라고 불리는 프로세스를 사용했다. "최종적으로, 우리는 다른 사람들이 이러한 디프로텍션(deprotection)이 래디컬 폴리머의 전자적 특성에 어떠한 영향을 미치는지를 몰랐던 방법을 연구했다"고 보도리스(Boudouris) 교수는 말했다.

전자들은 원자핵 주위를 셸(shells) 형태로 둘러싸고 이러한 전자들은 보통 쌍을 이루게 된다. 그런데, [PTMA]에서의 산소 원자는 외부 셸 내에서 쌍이 되지 않은 하나의 전자를 가지고 있어서 전하를 이동시키는 것으로 조정이 가능하다. "당신은 디포르텍션 프로세스를 매우 잘 제어해야 하는데, 그것은 전도도가 수십 배의 크기로 변화한다"고 그는 말했다.

연구진들은 이 디프로텍션 단계가 래디컬 폴리머의 4가지 분명한 화학적 기능성을 이끌 수 있다고 결론지었고, 그 중 2가지는 폴리머의 전도도를 증가시키는데 유망한 것이다. "그러므로 이러한 디프로텍션 단계의 반응 조건을 조작하고 최종적인 화학적 기능성을 모니터링하는 것은 래디컬 폴리머의 전기적 특성을 튜닝하는데 아주 중요한 것"이라고 보도리스(Boudouris) 교수는 말했다.

원문 바로보기 : http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?record_no=251665&cont_cd=GT

원문 출처 : http://www.sciencedaily.com/releases/2014/10/141009153811.htm