광주과학기술원(GIST)은 신소재공학부 윤명한 교수팀과 KAIST(한국과학기술원) 생명화학공학과 김범준 교수 공동연구팀이 세계 최고 수준의 유기물 혼합형 전도체 소재를 개발했다고 7일 밝혔다.

유기물 혼합형 전도체 기반의 전기화학 소자는 체내에 이식해 뇌, 심장, 근육 등 다양한 생체전기신호를 확인할 수 있으며, 인간의 뇌를 모사한 뉴로모픽 소자로 활용될 수 있어 차세대 바이오 인터페이스 시스템으로서 각광받고 있다.

연구팀은 분자 구조에 적절한 소수성 및 구조 안정성을 부여할 수 있도록 알킬-에틸렌 글라이콜 하이브리드 측쇄 구조가 도입된 신규 혼합형 전도체 소재를 개발했다.

또 미세구조 제어 공정을 적용해 분자 수준에서 한 방향으로 고도로 정렬된 혼합형 전도체 박막을 구현함으로써 세계 최고 수준의 전기화학 트랜지스터 특성 평가지수를 갖는 유기물 기반 전기화학 트랜지스터를 개발하는 데 성공했다.

이번 연구 성과는 유기물 혼합형 전도체의 단점으로 지적받던 낮은 전기적 성능을 극복하고, 향후 유기물 기반 고성능 뉴로모픽 소자 및 생체신호 센서 등 고성능 바이오 전자소자 개발에 크게 기여할 것으로 기대된다.

GIST 윤명한 교수는 “혼합형 전도체의 분자 구조 및 미세구조 제어 기술을 통해 그동안 단점으로 지적받았던 혼합형 전도체 전하 이동도 특성을 크게 향상시킬 수 있었다”며 “향후 차세대 체내이식형 전자소자 및 고성능 뉴로모픽 전자회로 개발에 크게 이바지할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

KAIST 김범준 교수는 “이번 연구는 최근 바이오 인터페이스 소자로 각광받고 있는 유기물 전기화학 트랜지스터의 성능평가 지수를 세계 최고 수준으로 달성하기 위해 공동연구팀이 제안한 합리적인 분자 설계 및 합성 전략, 분자구조 제어공학 기술 등 다양한 분야의 기술융합을 보여줬다는 데 의의가 있다”고 평가했다.

한편 GIST 윤명한 교수와 KAIST 김범준 교수가 공동교신교수로 주도하고 GIST 조일영 박사과정생, KAIST 정다현 박사과정생이 공동으로 수행한 이번 연구는 한국연구재단의 지원을 받았다. 재료과학 분야 상위 2% 논문인 ‘어드밴스트 머티리얼스(Advanced Materials)’에 지난달 21일 온라인 게재됐다. /최환준 기자