GIST(광주과학기술원) 신소재공학부 이재석 교수팀이 2005년 노벨 화학상 수상자인 로버트 그럽스(Robert H. Grubbs) 미국 캘리포니아 공대 교수(화학과) 팀과 함께 초거대 분자량을 갖는 블록 공중합체 합성 및 이를 응용한 고분자 광결정 소재 개발에 성공했다고 GIST가 5일 밝혔다.

몰포나비 등 곤충에서 흔히 볼 수 있는 아름다운 색깔을 모방한 청색기술 분야인 고분자 광결정 소재는 특정 파장의 빛을 선택적으로 가두거나 증폭하는 등의 특징이 있어 미래 디스플레이 소자의 효율을 높일 수 있는 첨단 소재로 각광받고 있다. 고분자 광결정 소재는 대면적 인쇄공정이 손쉬워 플렉시블(flexible)‧웨어러블(wearable)‧프린터블(printable) 등 첨단 기능을 요하는 다양한 광전자소자 연구 분야로의 응용 가능성이 높다.

하지만 선형 블록 공중합체는 분자량(도메인 크기)이 작아 가시광선 영역대의 광결정 소재를 제작하기가 어렵다. 이를 극복하기 위해 그라프트 블록 공중합체의 합성에 관한 연구가 진행돼 왔지만, 고분자 중합 도중 사슬 성장이 저해되는 현상을 보이므로 초거대분자량의 고분자 합성 및 제어는 매우 어렵다.

공중합체는 2개 이상의 서로 다른 블록(block)들이 공유 결합으로 연결된 고분자 중합체를 일컫는다. 분자량이 매우 큰 분자를 거대분자(macromolecule)라 하는데, 이 거대분자로 구성된 물질을 고분자라 한다. 광결정 소재는 어떤 색이 물질 내부에 존재하지 못하고 밖으로 반사되는 소재를 말한다.

연구팀은 30년 간 연구해온 리빙 음이온 중합법을 이용해 새로운 구조의 거대 단량체를 디자인하고, 개환 복분해 중합법을 이용해 300만가량의 초거대 분자량을 가진 그라프트 블록 공중합체를 합성하는 데 처음으로 성공했다. 아울러 이들의 자기조립 연구를 통해 제조된 광결정 소재는 가시광선 영역대에서 우수한 빛 반사율을 보였다.

리빙 음이온 중합법이란 고분자의 분자량을 쉽게 조절할 수 있고 고분자 미세구조까지 제어할 수 있는 방법으로, 고분자의 정밀합성에 광범위하게 이용 중이다. 개환 복분해 중합법은 고분자의 정밀중합법의 한 방법으로, 링 구조의 단량체가 촉매에 의해 오픈돼 고분자화가 진행되는데, 로버트 그럽스 교수는 바로 이를 개척한 공로로 2000년 노벨화학상을 받았다.

이 교수는 이번 연구에 대해 "거대단량체의 분자량 제어에 의한 초거대 분자량을 가진 그라프트 블록공중합체의 새로운 합성법을 제시한 것"이라고 설명했다. 이 교수는 이어 "새롭게 개발된 고분자의 자기조립을 통해 제작된 고분자 광결정 소재를 응용해 고색순도 차세대 디스플레이에 적용할 수 있을 것"이라며 "더 나아가 고효율 근적외선 센서, 태양전지 등의 고성능 전자소자의 개발이 가능할 것으로 기대된다"고 했다.

이번 연구는 노벨그럽스 고분자중합촉매연구센터와 과학기술정보통신부의 중견연구자 지원 사업의 지원으로 수행됐으면, 연구 성과는 고분자과학 분야 우수 국제학술지 '매크로몰레큘스(Macromolecules)' 지난 달 9일자 온라인판에 실렸다.

송강섭 기자 successnews@successnews.co.kr

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