배진우 한기대 교수팀, 고탄력 전기변색소자 개발

고탄력 전기변색소자를 개발한 배진우 한기대 교수(왼쪽)와 오승주 박사과정./사진제공=한기대

한국기술교육대학교는 최근 배진우 화학생명공학전공 교수 연구팀이 투명하고 자유자재로 변형할 수 있는 전기변색소자를 개발했다고 12일 밝혔다.

배 교수팀은 내수성과 고투명성, 고신축성을 보유한 폴리염화비닐(PVC) 고분자를 기반으로 소자를 개발했다. 전기변색(electrochromic) 이온젤과 투명전극을 이용해 낮은 전압으로 색과 투과도를 조절할 수 있어 '일체형 전기변색이온젤 기반 고유연·고신축성 전기변색소자'라고 명명했다.

전기변색은 전기화학적 반응으로 물질의 색을 바꾸는 기술을, 이온젤은 고분자와 이온성 액체의 물리·화학적 결합으로 생성된 물질을 의미한다. 투명전극은 눈으로 보이는 가시광선 영역에서 높은 광 투과도를 보이는 동시에 전기전도도가 높은 전극이다.


최근 신축성이 있는 투명 디스플레이나 웨어러블 기기에 대한 관심이 높아지면서 이와 관련된 전자소자 연구가 활발하다. 그중 외부에서 전압을 가했을 때 색이 변하는 전기변색소자는 구동 전압이 낮고 소자 구성이 간단해 특히 주목받고 있다.

하지만 기존 무기물 기반 전기변색소자는 신축성이 없어 활용에 한계가 있었다. 이를 대체하기 위해 하이드로젤 전해질 기반의 전기변색소자가 개발됐지만 온·습도의 환경에 따라 전해질이 새거나 증발해 성능이 저하됐다.

배 교수팀은 기존 전기변색소자의 단점을 극복하는 고신축성 전기변색소자를 개발했다. 연구팀은 PVC 고분자에 가소제를 첨가하고 이온성액체와 전기변색 물질인 바이올로젠(Viologen) 함량을 조절해 내수성·고투명성·고신축성을 띠는 일체형 전기변색이온젤을 만들었다.

최적화된 전기변색이온젤은 온·습도 변화에 민감하게 반응하지 않고 장시간 그 모양과 형태를 유지했다. 연구팀은 이를 사용해 유연하고 신축성이 있는 전기변색소자를 구현하는 데 성공했다.


배 교수는 "단순한 구조와 간단한 제작과정을 통해 고성능 신축성 전기변색소자를 구현했다"며 "이는 전자피부, 스마트 옷, 스마트 위장술 등 차세대 웨어러블 디바이스와 신축성 투명 디스플레이 등에 적용할 수 있을 것"이라고 설명했다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부와 교육부, 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업, 4단계 두뇌한국(BK)21 사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 화학공학 분야 국제학술지 '케미컬 엔지니어링 저널'(Chemical Engineering Journal) 온라인판에 게재됐다.

전기변색이온젤을 활용한 차세대 디스플레이 이미지./사진제공=한기대