본 연구의 목적은 PEDOT:PSS 를 이용한 전극의 새로운 합성 방법을 제시하고 투명성, 신축성 및 형상기억 성능을 가진 전극을 제작하는 것이다. 이를 위한 일련의 연구들이 다음의 순서로 진행되었다.
기존의 PEDOT:PSS 합성 방법의 한계를 극복하기 위해 산 촉매나 강한 산화제가 필요하지 않은 자발적인 산화 환원 반응을 통해 PEDOT:PSS 와 은나노파티클의 복합체를 in-situ 로 합성하는 방법을 제시하였다. 복합체 형성에서 용매의 영향을 분석하였고, 이를 통해 유기 용매인 아세토니트릴에서 고품질의 PEDOT:PSS-AgNP 나노복합체가 형성되었다. 또한, 고분자 첨가제인 PSS 이온과 PVP 의 영향도 분석하였다. PSS 이온의 첨가로 인해 PEDOT:PSS 가 형성되었으며, 적은 양의 PVP 를 첨가함으로써 더 작은 크기의 잘 분산된 은나노파티클이 포함된 나노복합체를 제조했다. 또한, 나노복합체 제작 메커니즘을 제시하였다. 마지막으로, 제조한 나노복합체가 포함된 섬유를 전기방사와 자외선 환원법으로 제작하였다.
다음으로는 다양한 기능성을 가진 PEDOT:PSS 기반 전극을 제작하였다. 우선, 투명성과 신축성을 가진 전극을 제작하기 위해 PDMS 와 결합한 복합체를 제작하였다. 고분자 혼합물의 각 요소에 대한 표면 에너지를 계산하고 이를 통해 기판과의 친밀성 차이를 통한 수직 상분리를 이끌어냈다. 이러한 수직 상분리를 통해 비율이 매우 낮은 PEDOT:PSS 가 복합체 아랫면에 연속적인 매트릭스를 가지게 되어 높은 전도도를 가졌다. 각 고분자 혼합물의 비율 별 표면 형태를 분석하였고 연속적인 PEDOT:PSS 매트릭스에 고립된 섬 형태의 PDMS 가 분포되어있는 구조가 비율에 관계없이 형성되는 것을 확인하였다. 복합체 필름을 이용하여 높은 투명도를 가지면서 매우 높은 신축성을 확보한 전극을 개발하였다.
마지막으로 이전에 존재하지 않은 형상 기억 성능을 가진 PEDOT:PSS 기반 전극을 제작하였다. 형상 기억 성능을 확보하기 위해 형상 기억 에폭시 수지와의 결합을 통한 복합체를 제작하였다. PEDOT:PSS 와 에폭시 수지의 적은 표면 에너지 차이를 극복하기 위해 기판을 화학적 수정을 하였다. Air-plasma 공법을 통해 기판의 표면을 친수성으로 만들어 표면 에너지를 높였다. 수직 상분리를 통해 비율이 낮은 PEDOT:PSS 가 아랫면에 연속적인 매트릭스를 형성한다. 복합체의 표면 형태를 분석하여 바다-섬 구조를 가지며 이에 대한 메커니즘을 제시하였다. 복합체 필름은 에폭시 수지 덕분에 형상기억 성능을 가지고 있으며, 형상 기억 반응을 일으킬 때도 전기 전도도가 유지되는 특징을 보였다. 기존 연구들에서 제시되었던 신축성, 유연성 및 투명성을 넘은 형상 기억 성능을 확보한 새로운 형태의 스마트 전극을 제시하였다.