UNIST(울산과기원, 총장 정무영)가 전기가 흐르는 고분자를 2차원 면(面)으로 합성하는 데 최초로 성공했다.
UNIST 에너지 및 화학공학부 백종범 교수팀이 구현한 '2차원 폴리아닐린 구조체(2D polyaniline framework, 2D PANI)'이 14일자 미국국립과학원회보(PNAS)에 발표됐다.
전기가 흐르는 성질을 가진 전도성 고분자는 다양한 분야로 응용이 기대되는 소재 중 하나다. 특히 폴리아닐린은 안정성이 높고 쉽게 합성할 수 있는데다 기계적 물성이 우수하고 경제성과 가공성을 갖춰 응용 가능성이 높은 소재로 알려졌다.
하지만 기존의 폴리아닐린은 금속에 비해 전도성이 낮고 구조도 원자 단위로 명확히 밝혀지지 않았다. 또 소자로 사용하려면 2차원의 '면'을 만들 수 있어야 한다. 지금까지 폴리아닐린은 '선'으로만 존재했다.
백 교수팀은 유기 단결정의 열분해 공정을 통해 탄소와 질소가 일정한 비율로 존재하는 '2D PANI'를 합성하는 데 성공했다. 이 물질은 그래핀처럼 벌집 모양의 평면이지만 탄소로만 이뤄지지 않고 질소가 일정하게 섞였다.
연구진은 주사터널링현미경(STM)으로 2D PANI의 원자단위 구조도 확인했다. 그 결과 탄소 3개 당 질소 1개가 규칙적으로 배열된 모습이 관찰됐다. 탄소와 질소가 일정한 비율(C₃N)로 존재하고 있는 것이다.
백종범 교수는 "2D PANI는 기존의 선형 PANI와 다양한 유·무기 2차원 물질들을 뛰어 넘는 새로운 연구 분야를 열 것으로 기대된다"며 "실험실에서 화학반응으로 쉽게 합성하고 연구할 수 있을 뿐 아니라 산업체의 부품 생산 라인에서도 수월하게 적용할 수 있어 다양한 분야에서 응용이 될 것"이라고 말했다.
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