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연구

액정 고분자를 통해 ‘올인원 솔루션’ 기술 개발​
조회수 : 1763 등록일 : 2023-12-20 작성자 : 홍보실

(왼쪽부터) KAIST 화학과 이근중 박사과정, 박건형 박사과정, 윤동기 교수

< (왼쪽부터) 화학과 이근중 박사과정, 박건형 박사과정, 윤동기 교수 >

액정 고분자는 녹아있는 상태에서 액정성을 나타낸 고분자로 높은 내열성과 강도를 가지고 있어서 기존에는 광학 필름이나 코팅 소재로 응용되었지만, 최근에는 가스 및 액체 흡착, 약물 전달, 센서 기술 등의 분야에서 광범위하게 효율적 활용이 가능하다는 연구가 보고되고 있다. 

우리 대학 화학과 윤동기 교수 연구팀이 연성 소재(soft material)중 하나인 액정 고분자의 자기조립(self-assembly)을 활용해 다공성 액정 고분자 구조체를 제작하고, 다양한 기능성 나노 입자를 도입해 복합체를 형성할 수 있는 원천기술을 개발했다고 20일 밝혔다. 

이번 연구에서 윤 교수팀은 다양한 모양에 조립을 유도할 수 있는 분자 형태로 이루어져 있어 표면 개질, 공간적 한정, , 전기장에 의해 배향이 쉽게 조절되는 특성을 가진 액정의 배향 제어를 기반으로 액정 고분자 기반의 다공성 구조체를 제작했고, 이를 매트릭스로 하여 페로브스카이트(perovksite), 금속유기골격체 (metal-organic framework), 퀀텀닷(quantum dot) 등과 같은 다양한 기능성 나노 입자 도입을 통해 유-무기 복합체(organic-inorganic composite)를 제작하는 것에 집중했다. 

연구팀은 매트릭스의 기공에서 나노 입자들을 직접 성장시키거나 이미 제작된 나노 입자들을 도입하는 서로 다른 전략을 개발했다. 이를 통해 도입하고자 하는 기능성 나노 입자의 선택성을 넓혀 범용적인 복합체 제작이 가능하다는 것을 보였다. (그림 1)

   (그림 1) 다공성 액정 고분자 제작 및 다양한 기능성 나노 입자 도입을 통한 복합체 제작

< (그림 1) 다공성 액정 고분자 제작 및 다양한 기능성 나노 입자 도입을 통한 복합체 제작 >

연구팀은 또한 두 가지 이상의 나노 입자들을 도입하는 전략을 제시해 다기능성 복합체 제작이 가능하다는 것을 보였다. 기존의 다공성 고분자 기반의 복합체 제작 연구의 경우 하나의 기능성 입자를 도입하고자 하는 것에 초점이 맞추어져 있고, 두 가지 이상의 기능성 도입을 위한 자세한 연구는 부족하다. 연구팀이 이번 연구에서 제안한 다기능성 복합체의 경우 서로 다른 나노 입자들의 기능성을 동시에 가질 수 있어, 기존 기능성 입자들의 활용 범위를 더욱 넓힐 수 있다는 것을 보였다.

(그림 2) 다공성 액정 고분자 제작 과정 및 액정 분자의 배향에 따라 형성된 서로 다른 형태의 다공성 구조체

< (그림 2) 다공성 액정 고분자 제작 과정 및 액정 분자의 배향에 따라 형성된 서로 다른 형태의 다공성 구조체 >

화학과 윤동기 교수는 이 기술은 기존에 알려진 대표적인 무기 입자들을 액정 고분자를 통해 한 번에 제조, 포함할 수 있는 `올인원 솔루션'으로 오염물질 제거, 안정된 디스플레이 소자 개발, 차세대 통신용 인쇄 회로 기판 제조 등에 다기능성을 부여할 수 있다는 점에서 획기적인 기술이라고 할 수 있다고 언급했다.

(그림 3) 금속유기골격체 및 자성 나노 입자 도입을 통해 다기능성 복합체 제작 및 기름 흡착 소재로의 활용

< (그림 3) 금속유기골격체 및 자성 나노 입자 도입을 통해 다기능성 복합체 제작 및 기름 흡착 소재로의 활용 >

이번 연구는 국제 학술지 어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)“Universal Strategy for Inorganic Nanoparticle Incorporation into Mesoporous Liquid Crystal Polymer Particles”의 이름으로 지난 1122일 자에 게재됐다.

이근중, 박건형, 박계현, 박영서, 이창재, 윤동기* : 공동 제1 저자, * 교신저자. 

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부-한국연구재단의 지원을 받은 중견연구자 지원사업, 함께달리기사업의 지원을 받아 수행됐다.

(그림 4) 양자점 및 자성 나노 입자 도입을 통해 다기능성 복합체 제작. 해당 복합체의 형광 발현 및 자기장에 의한 움직임 확인

< (그림 4) 양자점 및 자성 나노 입자 도입을 통해 다기능성 복합체 제작. 해당 복합체의 형광 발현 및 자기장에 의한 움직임 확인 >

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