CHEMI.STORY

전력 수송선과 전기제품의 모든 구리선을 유기 고분자로 대체한다는 것을 예전에 누가 상상할 수 있었을까? 이러한 목적을 달성하기 위한 거대한 발걸음이 1970년 대 말 Heeger, MacDiarmid와 Shirakawa에 의해서 내딛게 되었으며, 그 공로로 2000년 노벨상을 수상하였다. 그들은 금속이 하는 것처럼 전기를 전도하는 ethylene(acetylene)의 고분자 형태를 합성하였다. 이 발견에 의해 유기 고분자(플라스틱)를 보는 시각의 근본적인 변화를 촉발하게 되었다. 실제로 사용되어 온 일반 플라스틱은 전류를 차단하여 우리를 보호하는 목적으로 사용되어 왔다.

폴리에타인(폴리아세틸렌)은 어떤 점에서 그렇게 특별한 걸까? 물질이 전도성을 가지기 위해서는 전자가 대부분의 유기 화합물에서처럼 편재화되어 있지 않고, 자유로이 움직여서 전류를 유지하여야 한다. 폴리아세틸렌은 그러한 고분자 구조를 갖지만, 아직 경직되어 있어 전자 전도에 필요한 만큼 자유롭게 움직일 수 없다. 이 목적을 이루기 위해 전자를 제거하거나(산화), 전자를 더하거나(환원) 하는 도핑(doping)이라고 하는 변형에 의해 전자적인 골격은 "활성화"하게 된다. 전자 구멍 (+전하) 또는 전자쌍(-전하)은 확장된 알릴 계에서와 같은 방법으로 폴리엔 구조에 비편재된다. 처음 발견될 때의 실험에서는 전이 금속 촉매에 의한 아세틸렌의 축합반응으로 생성한 폴리아세틸렌은 아이오딘으로 도핑되었고, 결과적으로 1000만 배의 놀랄 만한 전도도 증가를 보여 줬다. 그 후의 더욱 정교하게 다듬어져 10^11배에 이르게 되어 실제로 유기 구리라 할 수 있게 향상되었다.

공기와 습기에 약하기 때문에 폴리아세틸렌을 실제로 활용하는 데는 어려움이 따른다. 그러나 확장된 π계를 이용하여 유기 전도성을 이용하는 여러 범주의 물질들이 만들어졌고, 대부분이 실용성을 갖추고 있다. 이들 다수가 특별한 안정성을 나타내는 고리형 6π계의 단위인 벤젠. 피롤, 싸이오펜 등의 단위를 포함하고 있다.

전자 분야의 응용은 별문제로 하고, 전도성 고분자는 전기장에 의해 들뜨게 되면 "빛을 발하는" 이 현상을 전기발광(electroluminescence)이라고 하며, 유기 발광 다이오드(Organic light emitting diodes; OLED)의 형태로 엄청난 효용성을 나타내게 되었다. 간단하게 이야기하여 이러한 유기물은 "유기 전구"라 할 수 있다. 비교적 가볍고, 유연하며, 넓은 색 스펙트럼을 보인다. 원리적으로 유기 고분자는 어떠한 형태나 모양으로 쉽게 가공되므로, 책이나 빛을 발하는 옷, 벽면의 장식 등에 휠 수 있는 디스플레이를 제공할 수 있다.