전해질 필요 없는 전기변색소자 개발

이효영 교수팀 연구 스마트윈도우 등에 응용 가능

이효영 교수

아주경제 이한선 기자 = 국내연구진이 전해질이 필요 없는 전기변색소자를 개발했다.

미래창조과학부는 이효영 성균관대 화학과 교수와 황은희, 서소현 연구팀이 전해질 없이도 작동하는 전기변색소자를 개발했다고 10일 밝혔다.

전해질 없이 소자가 작동하게 되면 스마트 윈도우나 디스플레이 등에 다양하게 쓰이는 전기변색소자의 구조를 단순화할 수 있을 것으로 기대된다.

전기변색소자는 외부 전기적 신호에 의해 색깔이 변하는 전기변색 물질을 이용한 소자로 건축용 창유리나 자동차 룸미러의 광투과도 또는 반사도를 조절하는 용도로 이용되고 최근에는 적외선 차단효과까지 알려지면서 응용가능성이 주목 받고 있다.

이번 연구결과는 미래부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업 및 한국전자통신연구원 등의 지원으로 수행돼 재료분야 국제학술지 어드밴스드 머터리얼스지 2일자 온라인판에 게재됐다.

전기신호에 의해 색깔이 변하는 전기변색물질의 안정성을 높이기 위해 화학 작용기의 첨가나 구조변화 등 다양한 시도가 이뤄지고 있는 가운데 널리 쓰이는 비올로겐의 경우 끝부분을 화학적으로 변형시키거나 다른 변색물질을 전극에 추가하는 방식으로 안정성을 향상시켰으나 소자 제작시 전해질이 반드시 필요하다는 것이 단점이었다.

연구팀은 비올로겐에 그래핀으로 된 수 나노미터 크기의 반도체 결정인 그래핀 양자점을 접목해 전해질 없이도 안정적인 전기변색성을 띠는 복합재료를 개발했다.

그래핀 양자점은 다른 물질로 만들어진 양자점 보다 독성이 적고 생산비용이 저렴하다는 것이 장점으로 초미세 반도체, 유기반도체 소재, 질병진단 시약 및 발광 디스플레이에 활용 가능한 소재다.

복합재료는 전자전달을 매개하는 전해질의 역할을 양자점이 대신해 전기변색소자의 구조를 단순화할 수 있는 단초가 될 것으로 기대된다.

그래핀 양자점은 비올로겐의 전기화학적 안정성을 도와 전체적으로 복합재료의 안정성도 높아진다는 것이 연구진의 설명이다.

실제 개발된 복합재료를 이용해 적용한 전기변색소자는 80℃의 고온이나 휘어진 상태에서도 안정적인 것으로 나타났다.

연구팀은 완벽하게 휘어지면서 작동성능이 저하되지 않도록 전기변색소자 전극표면에 변색물질을 안정되게 고정하는 기술을 개발할 계획이다.

이 교수는 “향후 정전기적 힘으로 강하게 결합된 그래핀 양자점과 비올로겐 복합재료를 전극에 고정화하면 전해질이 필요 없어져 휘어지는 전기변색소자의 발전에 기여할 것”이라고 밝혔다.

그래핀 양자점과 비올로겐 결합 모식도, 그래핀 양자점(회색)과 비올로겐 복합재료(자주색)를 이용한 무전해질 전기변색소자의 단면을 나타내는 모식도로 양자점 말단과 평면상에서 정전기적 및 pi-pi 상호작용 방식으로 비올로겐이 안정적으로 결합할 수 있음을 보여준다