새로운 화학 분석법, 소프트 전자소자 내구성 향상 길 열다

공액 고분자 연구 새 접근법으로 연구자들이 중합 반응 중 개별 분자의 기계적·운동적 특성을 사상 최초로 측정할 수 있게 되었습니다.

공액 고분자는 기본적으로 뼈대를 따라 늘어선 분자 클러스터로 전자를 전도하고 빛을 흡수합니다. 이 덕분에 착용형 전자기기 같은 소프트 광전자소자 제작에 안성맞춤입니다. 하지만 유연한 이 고분자들은 뭉쳐서 용액에서 침전되기 때문에 벌크 상태에서 연구하기 어렵습니다.

자기 집게(magnetic tweezers)라 불리는 이 접근법으로 연구자들은 공액 고분자 폴리아세틸렌(polyacetylene) 개별 분자를 늘리고 비틀 수 있습니다. 이전 접근법은 화학적 유도체화에 의존해 원자 관능기로 구조를 변형시켰지만, 그 방식은 고분자 고유 특성에 영향을 줄 수 있습니다.

공정은 고분자 가닥 한쪽 끝을 유리 커버슬립에, 다른 쪽을 미세 자기 입자에 고정하는 것으로 시작합니다. 연구자들은 자기장으로 공액 고분자를 조작해 늘리거나 비틀며, 성장하는 단일 고분자 사슬의 반응을 측정합니다. 양이 매우 적어 벌크 양이라면 용해되지 않을 조건에서도 용액 속에 녹아 있습니다.

연구팀은 수만~수십만 단량체 단위로 이뤄진 공액 고분자 사슬이 실시간으로 어떻게 자라는지 측정했습니다. 공액 고분자가 비공액 유사체보다 훨씬 빠른 초당 1개 단량체 속도로 성장함을 발견했습니다. 개별 공액 고분자를 당기고 늘리는 소위 힘-신장 측정을 통해 강성을 평가하고, 전자 전도성을 유지하면서 다양한 방향으로 구부러질 수 있는 메커니즘을 더 잘 이해하게 되었습니다.

또한 개별 사슬마다 다양한 기계적 거동을 보임을 발견했습니다. 이는 이론적으로 예측됐으나 실험적으로 관측된 적은 없었습니다. 이번 발견은 공액 고분자가 다양한 응용 분야에서 갖는 독창성과, 합성 소재에 단일 분자 조작·이미징 기법을 적용하는 것의 강력함을 모두 부각시킵니다.