성균관대 기계공학부 백승현 교수 연구팀이 카이스트 양희준 교수 연구팀과 공동으로 전기 저항 변화 특성 조절이 가능한 전도성 나노복합소재를 개발했다고 16일 밝혔다. 공동연구팀은 폴리머 기지와 전도성 입자 간의 에너지 베리어(energy barrier) 조절을 통해 전기 저항 변화 특성을 조절할 수 있는 전도성 나노복합소재를 개발하는 데 성공하였다.

소재 형상에 따른 전기 저항 변화는 전도성 나노복합소재의 성능을 평가하는 요소이며 이러한 전기 저항 변화는 복합소재 내부의 전도성 입자 사이의 전자 전송에 의해 결정되게 된다. 전자 전송의 여러 형태 중, 입자 간 직접적인 연결이 없는 상태에서의 전도성 네트워크 형성은 많은 복합소재에서 주요 전자 전송 방법으로 작용하지만 현재까지 자세한 메커니즘이 알려지지 않았다.

연구팀은 전도성 입자 간의 직접적인 연결 없이 형성된 전도성 네트워크의 전자 전송은 폴리머 기지와 전도성 입자 간 에너지 베리어에 의해 영향을 받음에 착안하였다. 마이크로 은입자의 화학적 에칭을 통해 폴리머 기지 내에 균일하게 분산된 위성구조의 은나노입자 네트워크를 형성하였고, 폴리머 기지의 전자 친화도와 은나노입자의 일함수를 일치시켜 무시할만한 수준의 에너지 베리어를 구현하였다. 인장 실험을 통해 30% 변형에도 복합소재의 전기 저항이 일정하게 유지되는 것을 확인하였다. 또한 폴리머 기지의 종류를 변화시키며 에너지 베리어의 조절을 통해 신장에 따라 전기 저항 변화 특성 조절이 가능함을 확인하였다.

개발된 전도성 나노복합소재는 신장에 따라 저항변화가 없는 경우 전극 등으로 사용될 수 있을 것으로 예상되며, 신장에 따라 저항 변화를 크게 만들면 인장 센서로의 활용이 가능하다.

본 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업 및 대학중점연구소지원사업으로 수행되었으며, 과학기술 분야 국제학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 8월 12일 게재되었다.

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