젊은과학자 소개

KIC News, Volume 20, No. 4, 2017

KIC News, Volume 20, No. 4, 2017 85 [약력]

2003-2007 포항공과대학교 화학공학과(공학사) 2007-2012 포항공과대학교 화학공학과(공학박사) 2012-2013 포항공과대학교 고분자연구소(박사후연구원) 2013-2015 University of Minnesota(박사후연구원) 2015-현재 서울시립대학교 화학공학과(조교수)

[연구분야]

• 기능성/전도성 고분자 디자인 및 합성 • 고분자 전해질 개발

• 전기화학발광/전기변색 소재 개발 및 소자 제작

[관심 연구분야 소개] 플렉서블/웨어러블 전기화학 디스플레이 소재 및 소자 개발

전기화학 소자의 플렉서블 및 웨어러블화를 추구함에 따라 소자에 사용되는 고성능 고체전해질의 개발이 요구되고 있다. 이상적인 전해질은 이온전도도가 높고 동시에 기계적 특성이 우수한 소재이다. 액체 기반의 전형적 전해질은 이온전도도는 높지만 기계적 특성이 현저히 낮고, 또 소자 구현시 소자 외부로 유출되는 문제점이 있다. 반면 고분자와 염(salt)의 복합체와 같은 고체전해질은 기계적 특성은 우수하지만 이온전도 도가 매우 낮아 상온에서 소자 구동이 거의 불가능하다는 단점이 지적되고 있다. 이를 보완하고 소자 제작 에 적합한 이온전도도/기계적 특성을 모두 만족하는 새로운 전해질을 개발하기 위한 연구가 지속되었고 그 결과 고분자와 이온성 액체에 기반한 이온젤이 개발되었다.

이온젤은 용액 공정으로 제작이 가능하고, 상온에서도 우수한 이온전도도를 보이며 고분자의 분자 구조 조절 등을 통해 기계적 물성 조절도 가능하다. 이온젤이 개발된 초기에는 트랜지스터의 유전체(dielectric)층으 로 많이 활용되어 보다 낮은 전압에서 빠르게 동작할 수 있는 소자 구현에 많이 활용되었다. 최근에는 전기화 학발광(electrochemluminescence, ECL) 특성이 있는 물질을 이온젤에 포함시켜 활용함으로써 발광형 디스플 레이를 제작하였다[1-3]. 이는 유기발광 다이오드와 같은 다른 발광 소자들보다 상대적으로 낮은 전압에서 구동 가능하고, 전극/발광층/전극의 간단한 구조를 갖으며, 용액 공정만으로 소자 제작이 가능하다는 특징이 있다. 또한 이온젤의 고무적 특성(rubbery character)을 활용하여 플렉서블 소자로도 구현될 수 있다[1].

문 홍 철 (Hong Chul Moon) 서울시립대학교 화학공학과 조교수

서울특별시 동대문구 서울시립대로 163 제2공학관 306호 E-mail: [email protected]

http://www.ksiec.or.kr

86 공업화학 전망, 제20권 제4호, 2017

출처：(a) J. Am. Chem. Soc. 136, 3705-3712 (2014).

(b) ACS Appl. Mater. Interfaces 9, 7658-7665 (2017).

(c) ACS Appl. Mater. Interfaces 9, 18994-19000 (2017).

Figure 1. (a) Schematic illustration and photographs of ion gel-based electrochemical displays[1], (b) V oltage-tunable, multicolor, flexible electrochromic devices[6], (c) Electrostatic-force-assisted dispensing printed electrochromic devices[7].

아울러 이온젤 기반의 반사형 디스플레이인 전기변색(electrochromic) 소자도 보고되고 있다[4-7]. 특히 다양한 분자 구조의 변색 물질을 도입하여 여러 색을 구현하기도 하고, 한 소자에 블렌드 형태로 이들을 도 입하여 전압 조절만으로 멀티 컬러 구현이 가능한 소자도 플렉서블하게 구현된 바 있다[5,6]. 이들의 색 유 지를 위한 전력 소모가 상당히 낮다는 점도 저전력 디스플레이 구현 측면에서 주목할만하다. 이외에도 패터 닝을 통해 구체적 정보를 전달할 수 있는 디스플레이를 구현하고자 전기변색 이온젤을 Electrostatic- Force-Assisted Dispensing Printing으로 패터닝하여 디스플레이 본연의 기능성 향상을 도모하기도 하였다 [7]. 용액 공정으로 제작이 가능한 간단한 구조의 전기화학 디스플레이는 저전압으로 구동 가능하기에 박막 형태의 상대적으로 낮은 전압/용량의 배터리로도 충분히 동작될 것으로 예상되고, 추후 저전압/저전력 인쇄 전자(printed electronics) 분야에서 중요한 구성 요소(component) 중 하나가 될 것으로 기대된다.

KIC News, Volume 20, No. 4, 2017

KIC News, Volume 20, No. 4, 2017 87 [대표 논문]

1. H. C. Moon, T. P. Lodge, and C. D. Frisbie, Solution-Processable Electrochemiluminescent Ion Gels for Flexible, Low-Voltage, Emissive Displays on Plastic, J. Am. Chem. Soc., 136, 3705-3712 (2014).

2. H. C. Moon, T. P. Lodge, and C. D. Frisbie, DC-Driven, Sub-2V Solid-State Electrochemiluminescent Devices by Incorporating Redox Coreactants into Emissive Ion Gels, Chem. Mater., 26, 5358-5364 (2014).

3. H. C. Moon, T. P. Lodge, and C. D. Frisbie, Electrochemiluminescent Displays Based on Ion Gels:

Correlation between Device Performance and Choice of Electrolyte, J. Mater. Chem. C, 4, 8448-8453 (2016).

4. H. C. Moon, T. P. Lodge, and C. D. Frisbie, Solution Processable, Electrochromic Ion Gels for Sub-1V, Flexible Display on Plastic, Chem. Mater., 27, 1420-1425 (2015).

5. H. C. Moon, C. –H. Kim, T. P. Lodge, and C. D. Frisbie, Multicolored, Low Power, Flexible Electrochromic Devices Based on Ion Gels, ACS Appl. Mater. Interfaces, 8, 6252-6260 (2016).

6. H. Oh, D. G. Seo, T. Y. Yun, C. Y. Kim, and H. C. Moon, Voltage-Tunable Multicolor, Sub-1.5 V, Flexible Electrochromic Devices Based on Ion Gels, ACS Appl. Mater. Interfaces, 9, 7658-7665 (2017).

7. K. –W. Kim, H. Oh, J. Bae, H. Kim, H. C. Moon, and S. H. Kim, Electrostatic-Force-Assisted Dispensing Printing of Electrochromic Gels for Low-Voltage Displays, ACS Appl. Mater. Interfaces, 9, 18994-19000 (2017).