열전發電은 素材의 溫度 車로부터 電力을 生産하는 發展方式으로 버려지는 열에너지를 再活用할 수 있는 淸淨 發展方式이다. 列傳發展을 위한 素材 中 高分子 半導體 基盤의 列傳所在는 旣存 無機物 基盤 列傳所在와 달리 機械的 柔軟性과 낮은 熱傳導度 等 높은 列傳性能 達成에 유리한 利點을 가지고 있다. 그러나 大部分의 高分子 半導體 基盤 列傳素材가 높은 性能을 報告하는 境遇는 드문데, 이는 高分子 半導體의 낮은 電氣 傳導度 때문이다.

最近에는 이러한 限界를 克服하기 위해 高分子 半導體의 化學的 도핑을 통해 高分子 半導體의 電氣 傳導度를 向上함으로써 列傳性能을 改善하는 硏究가 學界에서 活潑히 報告되고 있다. 하지만 高分子 半導體는 素材에 따라 效果的인 도핑이 可能한 圖版트(dopant)의 種類가 달라지며, 도핑이 全혀 不可能한 高分子-圖版트 雙도 存在한다. 只今까지 수많은 高分子 半導體와 圖版트 所在가 硏究되어 왔지만, 高分子 半導體의 分子構造에 따른 도핑 效率의 敏感한 變化의 原因에 對해서는 如前히 充分한 理解가 不足한 實情이다. 

成均館大 강보석 敎授와 김준기 敎授, 慶尙大 김윤희 敎授, 嘉泉大 이한솔 敎授 共同硏究팀은 도핑 效率과 列傳性能을 劃期的으로 向上할 수 있는 새로운 高分子 半導體 素材 技術을 開發하고 그 原理를 糾明하는 데 成功했다. 

共同硏究팀은 高分子 半導體의 主사슬에 메톡시(methoxy) 基의 導入을 통해 規則的으로 配列된 高分子들의 分子 間 거리를 擴張하였다. 高分子 半導體의 도핑은 圖版트가 高分子 主사슬에 近接할 때 일어날 수 있는데, 이러한 分子 間 距離 擴張은 高分子 主사슬 사이사이에 圖版트가 浸透할 수 있는 充分한 物理的 空間을 提供하여 도핑 效率을 크게 向上시켰다. 硏究팀은 該當 素材 技術을 通해 高分子 半導體 列傳所在의 파워팩터(power factor)를 20% 以上 向上했으며, 甚至於 메톡시 基 不在 時 도핑이 不可하던 高分子-圖版트 雙이 메톡시 基 導入 後에는 效果的인 도핑이 可能한 雙으로 轉換될 수 있음을 보였다.

成均館大 강보석 敎授는 “半導體의 分子構造와 도핑 特性 間 相關關係를 理解하고 素材의 도핑效率 및 列傳性能을 劃期的으로 向上할 수 있는 分子 디자인 戰略을 確立할 수 있었다”며 “多樣한 高分子 半導體 素材에 適用하여 效果的인 高分子-圖版트 雙을 위한 폭넓은 選擇肢를 提供할 수 있다는 點에서 學術的·産業的인 價値가 높다”고 硏究意義를 說明했다.

이番 論文은 嘉泉大 이한솔 敎授가 제1저자(공동 第1著者: 김회민 成均館大 錫箔統合過程, Landep Ayuningtias 慶尙大 博士課程)로 參與했으며, 成均館大 강보석 敎授, 김준기 敎授와 慶尙大 김윤희 敎授가 共同 交信著者로 參與했다. 본 硏究는 科學技術情報通信部의 支援으로 遂行됐으며, 材料-環境 分野 權威紙‘에코멧(EcoMat)’에 4月號 表紙論文으로 選定되었다. 

▶에듀東亞 김재성 記者 kimjs6@donga.com

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