대한민국 중심에서 세계적 원천기술이 움튼다
‘선도연구센터 20주년 성과전시회’를 기점으로 최고의 선도연구센터로 도약
능동형 폴리머소재는 고분자를 이루는 단위 화학분자의 구조도 중요하지만 미세 패턴크기와 모양에 따라 전자나 이온전달, 분자나 세포의 전달을 효율적으로 조절할 수 있어 용액 내에서 자체조립을 통해 생성되는 패턴, 광에 의해 생성되는 전도성 고분자 전극회로, 3차원 형광패턴법 등 나노 마이크로 수준에서 균일한 모양을 형성시키고, 이러한 구조를 바탕으로 패턴의 크기와 모양에 따라 전하전달, 광전달, 분자나 cell의 전달을 효율적으로 이끌어낸다.
특히 특수한 아키텍처 내에서는 능동적 특성을 발현하게 되어 모양내기(patterning)는 전자 및 바이오소자의 디자인과 특성을 제어하는데 매우 중요한 역할을 하게 된다. 때문에 전세계적으로 ‘능동형 폴리머소재’의 기술확보를 위해 전쟁과도 같은 경쟁을 하고 있는데, 2007년부터 2010년까지 총 217편(국내 13건, 국외 204건)의 SCI논문과 43편(국내 40편, 국외 3편)의 특허 출원 및 4편의 국내 특허를 등록하며 발군의 연구성과를 보여주고 있는 연세대학교 패턴집적형 능동 폴리머소재 센터는 교육과학기술부와 한국연구재단 지정 선도연구센터(ERC)로 2007년 9월 설립되어, 1단계 연구를 마치고 이를 기반으로 2단계 연구사업을 진행하고 있다.
이들은 현재 ‘능동형 폴리머 소재 및 신규 패턴 공정 기술의 개발’을 최종 목표로 연세대학교 패턴집적형 능동 폴리머소재 센터가 중심이 되어 한국과학기술원, 한양대학교, 한남대학교, 부산대학교, 충남대학교 등 국내 최고의 능동형 폴리머 전문가들이 모여 세계적인 선도 연구그룹과 네트워크를 구축해 차세대 전자겧牡結?산업의 필수 소재인 능동형 폴리머의 개념 창출, 합성 및 구조제어, 패턴닝 기술개발 등 원천기술 및 응용기술의 개발에 박차를 가하고 있다.산학협력을 통한 연구ㆍ개발로 기술력 높여
연세대학교 패턴집적형 능동폴리머소재센터를 이끌고 있는 김은경 교수는 “저희 센터는 소재 합성과 특성 규명, 그리고 패턴공정 및 응용으로 소재에서 응용기술까지 체계적인 연구를 수행하고 있으며, 능동형 폴리머의 패턴 기술로는 독보적인 연구센터로 평가받고 있습니다”라고 말하며, 현재 10여명 이상의 교수진이 참여해 우수한 기초기술을 개발하고 있다고 센터를 소개하면서, 덧붙여 “그동안 저희 센터가 연구겙낱峠?기술들은 산업계와 협력적 상호연구를 위해 LG화학, 금호석유화학, 나노티에스, 웅진코웨이, 잉크테크, 스마트머티리얼스테크널러지, 신화인터텍, 세양폴리머, KPX 라이프사이언스 등이 참여하는 산업체 컨소시움을 구성하여 운영하고 있습니다. 또 매년 센터의 연구결과를 산학 워크샵을 통해 발표하고, 산업체가 필요로 하는 기술을 토의해 산학 컨소시움을 기반으로 한 기술 개발, 인력양성 및 기술이전도 추진하고 있습니다”라고 전했다.
또 향후에는 전도성 고분자 패턴소재, 세포공학용 생체 친화성 형광고분자 패턴, 유기 소자용 압전소재의 패턴공정, 유기 태양전지소재 패턴 등을 기업체와 협동할 후보 주제로 확정지을 예정이다.하지만 이러한 우수한 성과와 결과물 뒤에는 힘겨운 부분도 많다고 김은경 교수는 토로한다. 특히 10여 명 이상의 교수진이 소개합성과 특성 규명, 패턴공정 및 응용 등 소재에서 응용기술까지 체계적인 연구를 수행하여 능동형 폴리머의 패턴 기술로는 매우 독보적인 연구센터로 자리매김하고 있지만, 그에 따른 연구비는 1인당 소요되는 재료비나 학생인건비에도 턱없이 부족하다고 이야기하는 김은경 교수는 “사업단의 능동폴리머 소재 패턴에 필요한 장비를 구축하기 어려워 연구의 완성도를 높이는데 한계가 있습니다.
현재는 국내겳?연구협력을 통해 일부 해결하고 있으며, 부가적으로 해외연구진들과의 네트워크가 활성화되는 결과를 낳기도 하였습니다. 또 참여 연구진들간의 활발한 공동 연구로 신속히 문제를 해결하며, 흥미로운 아이디어를 중심으로 함께 노력하여 경쟁력 있는 기술로 도출될 때 보람을 느낍니다”라며 작은 위안을 찾는 모습을 보이며, 궁극적으로 사업단은 연구센터 고유의 목적에 맞는 장비시스템 구축을 통해 패턴 소재연구와 산업체의 신기술 개발을 리드해 나가는 것이 앞으로 해결해야 할 과제라고 전했다.
성실함은 연구자가 가져야할 가장 중요한 덕목
센터장인 김은경 교수는 연세대학교 학사, 서울대 석사과정을 이수한 후 미국 휴스턴 대학교에서 박사학위를 받은 우수한 인재로 한국화학연구원 화학소재부 책임연구원 및 부장직을 거쳐, 2004년 9월부터 현재까지 연세대학교 공과대학 화공생명공학과의 교수로 재직하고 있다. 그녀가 국내 화학공학분야의 권위자로 인정받고 있는 이유는 이 뿐만이 아니다.
‘올해의 여성 과학기술자상’ (2001년, 과기부) 수상, ‘일본화상학회장 특상’(2005년), 연구 업적우수상,‘아모레퍼시픽 여성과학자상 대상’(2009년) 등을 포함 10건 이상의 수상을 받았는가 하면, 국제학회 활동으로는 Korea-Japan Joint Symposium, program committee( editorial committee)로 학회장 활동과 Emerging material 및 patterning 관련 국제학회를 5년간 chair로서 조직하여왔고, 2010년부터는 상기학회를 해외에서 주관하도록 국제 활동을 해 왔다. 이밖에도 프랑스의 Ecole Normale Superieure (ENS) de Cachan과 University Pierre et Marie Curie (파리- 6 대학)에서 각각 2006년과 2007년에 Invited Professor로 임명되었고, Cornell Univ., IBM-USA, UC-Berkeley, National Chemical Lab. of India 등 다수의 해외 연구 그룹과 공동연구 및 학생교환 프로그램을 운영 하는 등 국제적인 교류에도 앞장서 왔다.
“재미있는 연구주제는 연구를 통해 생성되고, 연구를 통해 발전되어 왔습니다. 때문에 연구자는 항상 실험정신과 배움에 집중해야 하며, 실험하기 전 문제 파악과 이에 대한 가설, 그리고 해결하려는 전략 및 방법을 점검하는 것이 중요합니다”라고 말하는 김은경 교수. 이런 마음가짐이 지금의 그녀를 만든 원동력이 아닐까 추측해볼 수 있었다.
수동형 고분자의 수요와 시장은 계속적인 성장을 이룰 것이다. 특히 능동형 고분자의 가장 큰 분야인 디스플레이, 태양전지, 센서와 액추에이터 외에도 독성물질을 감지하여 제거하는 스마트 정수기, 우주공간의 플랫폼에 사용되는 진동 제동기, 자동차 충격 감지 및 완화 시스템 등 수많은 분야에 적용이 가능하며, 에칭 없는 포토리토그래피와 프린팅, 셀프 어셈블리 등과 같은 새로운 패터닝 기술이 적용되면 응용분야는 더욱 확대될 것이다.
김은경 교수는 그중에서도 능동형 폴리머가 소자 디자인의 철학을 바꿀 수 있다는 점을 강조하며, 이 기술을 더욱 발전시키기 위해 이제까지 축적한 모든 지식을 조합하고, 분석해 제어 가능한 구조를 가지는 능동형 고분자 소재를 개발해야 할 필요성을 재차 강조했다.