미국 미시간대학교의 니콜라스 코토브(Nicholas A. Kotov) 교수팀이 세계 최초로 개발한 ‘전기적 전달능력은 유지되면서도 유연하게 휘어지는 고신축성의 전도체 개발’에 한국기초과학지원연구원(이하 기초연)의 첨단 연구장비가 국제공동연구로 활용됐다.

미국 미시간대학교 니콜라스 코토브 교수(교신저자)와 김윤섭 박사(주저자)의 주도하에 기초(연) 김진규 박사와 유승조 연구원이 참여한 이번 국제공동연구인 ‘고전도도와 고신축성을 가진 전도체 개발’이 세계적인 과학분야 전문 학술지인 ‘네이처(Nature)'誌 7월 18일자 온라인판 (논문명: Stretchable nanoparticle conductors with self-organized conductive pathways, IF=36.28)에 게재됐다.

기존의 신축성 전도체의 경우 높은 종횡비(aspect ratio)를 통해 유연성이 우수한 나노튜브와 나노와이어가 주로 사용된 것과 달리, 이번에 개발된 고신축성 전도체는 신축성과 유연성이 뛰어난 폴리우레탄(polyurethane)에 구형의 금(金) 나노입자(nanoparticle)를 침전시켜 우수한 전도성을 가지는 소재를 세계 최초로 개발했다.

특히 이번에 개발된 소재가 우수한 신축성과 전도성을 동시에 구현될 수 있는 메커니즘은 폴리머(polymer)내의 전도성 나노입자들이 인장, 수축상태에서도 우수한 전기전도도를 유지하기 위해 자기조립 현상을 따르고 있음을 규명해 밝힐 수 있었다.

이번에 개발된 고신축성 전도체는 향후 유연성과 전기전도도의 확보가 동시에 요구되는 ‘접을 수 있는 디스플레이와 배터리’, 그리고 각종 ‘의료용 삽입물(medical implant)’ 등에 폭 넓게 사용될 전망이다.

특히, 뇌 이식(brain implant)에 이용되는 전극으로 사용돼, 심각한 우울증과 알츠하이머병(alzheimer

's disease), 파킨슨병(parkinson's disease) 등의 완화에 이용이 가능하며, 더 나아가 뇌에서 직접 조절이 가능한 의수와 의족(antificial limb) 등의 각종 보철(prosthetic) 장치에 활용이 기대되고 있다.

이번 연구과정에서 고신축성 전도체의 특성평가를 위해 기초(연)이 보유하고 있는 국내 유일의 초고전압투과전자현미경(HVEM; High Voltage Electron Microscope)의 활용이 큰 기여를 했다.

HVEM은 우수한 원자분해능과 고투과력을 보유하고 있어, 그 동안에는 원자수준에서 다양한 소재의 특성평가를 수행해 왔으며, 특히 이번 연구 결과에서 보여주듯이 폴리머 물질의 특성 규명에도 상당한 장점이 있음을 증명한 계기가 됐다. 향후 고기능성 융합소재 개발에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.

이상문기자 sml88@dailycc.net