- 1 -

인체이식형 고성능 친환경 혼합전도체 

개발

-

친환경 수계 용매 사용 및 기존 유기용매공정 대비 3배 이상의 전기

적 특성이 향상된 n-형 전기화학소재 개발 

-

차세대 복합회로형 헬스케어소자 구현에 크게 이바지할 것으로 기대

□ 국내 연구팀이 차세대 생체전자인터페이스 소자로 주목받는 인체 이식

형 전자소자 구현에 필요한 성능이 극대화된 고성능 친환경의 혼합전

도체를 개발하는데 성공했다. 

□ 지스트(광주과학기술원, 총장 김기선) 신소재공학부 윤명한 교수 연구

팀은 카이스트(한국과학기술원, 총장 이광형) 생명화학공학과 김범준 

교수 연구팀과 공동연구로 친환경 수계 용매 공정이 가능한 고성능 n-

형 유기물 혼합형 전도체(OMIEC)*를 개발하고, 수계 용매가 고분자 미

세구조와 전기적·전기화학적 성능 향상에 미치는 영향을 규명하였다. 

  * 유기물 혼합형 전도체(organic mixed ionic-electronic conductor: OMIEC): 금속과 

같은 단순 전기전도체가 아닌, 전해질 내에서 이온 전도성와 전기 전도성을 동시에 

갖는 재료로써, 전해질 환경에서 생체전기신호를 증폭하는 소자 및 유연 전자 소자

의 반도체 재료로 활용됨. 

□ 유기물 혼합형 전도체 기반 전기화학 트랜지스터는 전해질 내의 이온

의 주입을 통해 신호 증폭, 스위칭이 가능하기 때문에 체내·외에 이

지스트(광주과학기술원) 보도자료

http://www.gist.ac.kr 

보도 일시

배포 즉시 보도 부탁드립니다.

배포일

2022.01.07.(금)

보도자료

담당

홍보팀 조동선 팀장

062-715-2061

홍보팀 이나영 선임행정원 

062-715-2062

연구자 

신소재공학부 윤명한 교수

062-715-2320

- 2 -

식·부착 등을 통해 뇌, 심장, 근육 등 다양한 생체 전기적 신호를 확

인 할 수 있어 차세대 바이오 헬스케어로 응용하기 위한 연구가 활발

히 진행되고 있다.

 ∘ 하지만 대부분의 전기화학트랜지스터 소자는 p-형 유기물 반도체* 기

반의 연구가 대부분 이고, n-형 유기물 반도체** 연구는 그 수가 드물

다. 현재까지 유기물 혼합형 전도체의 경우 n-형에서 전하 이동도*** 

가 p-형의 전하 이동도보다 백배 이상 낮기 때문에 차후 트랜지스터 

기반의 다양한 응용 소자 및 논리회로 제작을 위해선 필수적으로 연구

가 되어야 한다. 

  * p-형 유기물 반도체(p-type organic semiconductors): 정공(hole)을 주 캐리어로 하

며 공액 구조 주사슬을 가지는 유기물 반도체

  ** n-형 유기물 반도체(n-type organic semiconductors): 전자(electron)를 주 캐리어

로 하며 공액 구조 주사슬을 가지는 유기물 반도체

  *** 전하이동도(carrier mobility): 반도체 내에서의 전하를 갖는 전자·정공의 이동도

□ 공동 연구팀은 이러한 n-형 유기물 혼합형 전도체의 낮은 전자 이동도 

문제점을 개선하고자 양친매성 전도체 소재를 개발하여 전기화학트랜

지스터 소자를 제작하였다. 

 ∘ 고분자 단량체의 곁가지에 올리고 에틸렌 글라이콜(OEG, oligo ethlyele 

glycol)기를 다량으로 적용함으로써 에탄올·물로 구성된 수계 용매에 

용액화를 하였으며, 이를 기존 용액공정에 사용되는 할로겐계 유기용

매인 클로로포름에 용액화된 동일 물질과 전기·전기화학적 특성을 비

교 분석하였다.

□ 에탄올·물 용매의 경우, 친수성인 올리고 에틸렌 글라이콜 곁사슬을 

녹일 수 있지만 소수성인 주사슬을 녹이지 못해 용액상에서 응집된 마

이셀(micelle) 상태로 존재하는 반면, 클로로폼을 사용했을 때 곁사슬과 

주사슬 모두 잘 녹은 상태로 존재하게 된다. 마이셀 형태의 주사슬들

은 에탄올·물 분자와의 상호작용이 최소화되어 용액상에서 주사슬간

- 3 -

에 강한 파이-파이 적층 형태가 유도되며, 용액 코팅 공정을 통해 제

작된 수십 나노의 박막에서 높은 결정성이 나타나는 것을 확인하였다.

 ∘ 이를 누적형(accumulation mode) 전기화학 트랜지스터 소자의 활성층에 

적용할 시 기존 유기용매인 클로로폼을 통해 제작된 소자 대비 전자 

이동도와 전기화학 트랜지스터 특성 평가 지수* 가 3배 이상 증가됨을 

확인하였다.

  * 전기화학 트랜지스터 특성 평가 지수(figure of merit; µC*): 전기화학 트랜지스터 

특성을 평가하는 값으로, 전하 이동도와 체적 정전용량의 곱(µC*)으로 표현 됨. 

□ 지스트 윤명한 교수는 “친환경성과 n-형 전기화학 트랜지스터의 전자 

이동도 특성을 동시에 향상시킴으로써 차세대 복합회로형 생체전자소

자 구현에 크게 이바지할 것으로 기대된다”고 밝혔다. 

□ 카이스트 김범준 교수는 “이번 연구는 친환경 공정이 가능한 고성능 

인체이식형 전기화학소자 제작에 적합한 유기고분자 합성전략을 제시

했다는 것에 의의가 있다”고 평가하였다.

□ 지스트 윤명한 교수와 카이스트 김범준 교수가 주도하고, 지스트 조일

영 박사과정생, 카이스트 정다현 석박통합과정생, 이승진 박사과정생이 

공동으로 수행한 본 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원사업, 나노

및소재기술개발사업의 지원을 받아 수행되었으며, 과학기술 전문 권위

지인 Advanced Functional Materials 2022년 1월 5일 온라인 게재되었

다.　<끝>　

- 4 -

논문의 주요 내용

1. 논문명, 저자정보 

 - 저널명 : Advanced Functional Materials (IF= 18.808 (2020년))

 - 논문명 : High-Performance n-Type Organic Electrochemical Transistors 

Enabled by Aqueous Solution Processing of Amphiphilicity-Driven 

Polymer Assembly

 - 저자 정보 : 정다현(제1저자, 카이스트), 조일영(공동 제1저자, 지스트), 

이승진(공동 제1저자, 카이스트), 김지환(지스트), 김영석(지스트), 

김범준(카이스트), 김동욱(카이스트), John R. 

Reynolds(조지아텍), 윤명한 (공동교신저자, 지스트), 김범준 

(교신저자, 카이스트)

- 5 -

그 림 설 명

[그림1] (a) 본 연구에서 제안한 분자의 모식도 (b) 용매 변화를 통한 고분자의 

마이셀 형태 자기조립 과정과 형성된 필름 구조 모식도

- 6 -

[그림2] (a) x선 실험으로 증명한 용매에 따른 결정화도 측정 결과 (b) 유기물 

전기화학 트랜지스터의 소자 구조 (c) 용매에 따른 트랜지스터 특성 평가 

지수 그래프