12배 늘어나는 이온젤 개발…"웨어러블 디바이스·배터리 활용 가능"

한국연구재단 연구팀, 자유자재 변형 가능·전기장 가하면 빛 내뿜는 전계발광소자 만들어

개발된 이온젤 전극을 포함하는 전계발광소자.

[아시아경제 김봉수 기자] 한국연구재단은 부산대학교 윤진환·진성호 교수 연구팀이 말거나 비틀고 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 연구도 활발한데 흐르지 않는 고체상의 전해질로 물성 조절이 비교적 쉬운 이온젤이 주목받고 있다.

문제는 잘 찢어지고 전기 전도도가 낮은 것이 단점이었다. 연구팀은 탄탄한 구조의 젤 소재를 만든 후 전류를 잘 흐르게 하는 이온성 액체를 소재에 흡수시켜 유연성과 전기전도도를 모두 높인 이온젤을 만들었다. 핵심은 유연한 고분자 사슬과 질긴 고분자 사슬을 각각 그물 구조로 만든 후, 이 둘을 서로 교차시킨 데 있다. 유연함과 기계적 강도(인장력, 인장성, 신축성)를 함께 높이고자 서로 성격이 다른 고분자를 접목했다. 기존에는 주로 고분자 사슬 하나를 이용한 방식의 기술이 있었지만 성격이 다른 고분자를 접목하는 방식은 이번 연구가 처음이다.

이렇게 만들어진 젤 소재는 마치 슬라임이나 고무줄처럼 유연하면서도 잘 찢어지지 않았다. 나아가 만들어진 젤 소재에 이온성 액체를 흡수시켜 투명하면서 전기가 잘 통하는 이온젤 전극을 만들었다. 빛을 내면서 자유롭게 형태를 바꾸거나 원래 길이의 12배까지 늘려도 작동할 수 있었다. 기존 이온전해질 보다 더 열에 안정적인 이온성 액체를 사용해 0도에서 200도의 넓은 온도구간에서도 소자가 잘 작동됐다. 이처럼 잘 찢어지지 않는 이온젤 소재는 자유자재로 형태를 바꿀 수 있는 디스플레이, 디지털 센서, 배터리 개발을 위한 소자의 실마리가 될 수 있을 것으로 전망된다.

이번 연구 결과는 소재 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)’에 지난 13일 온라이 게재됐다.