울산과학기술원(UNIST)는 에너지 및 화학공학부의 백종범 교수팀이 전도성 고분자인 폴리아닐린(polyaniline)을 2차원으로 구현하는 데 세계 최초로 성공했다고 14일 밝혔다.
울산과학기술원에 따르면 1834년 ‘1차원 선형 폴리아닐린(PANI)’이 개발된 이후, ‘전기가 통하는 전도성 고분자가 차세대 소재’로 각광받고 있다. 그러나 합성이 어려워 현재까지 상용화에는 이르지 못한 상태다. 기존의 폴리아닐린은 금속에 비해 전도성이 낮고, 구조도 원자 단위로 명확히 밝혀지지 않았다. 또 소자로 사용하려면 2차원의 ‘면’을 만들 수 있어야 하는데, 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.
백 교수는 “이번에 개발한 2차원 폴리아날린(2D PANI)은 선형 폴리아닐린보다 100억 배 뛰어난 전기 전도성을 보였고, 염화수소(HCI)로 도핑한 뒤에는 전도성이 1,960배나 향상됐다”며 “2D PANI는 그래핀 유사체이지만 균일하게 질소 원자를 포함하고 있어, 그래핀 보다 다양한 방면에 응용이 가능할 것으로 기대된다”고 말했다. 이어 백 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 전망했다.
/울산=장지승기자 jjs@sedaily.com