신축성과 유연성을 갖는 전자기기의 패러다임을 통해 차세대 산업에서 요구되는 핵심 성능은 인간과의 상호작용에 중점을 둔 변형 가능성이다. 이에따라 디바이스들을 보다 가볍고 신축성 있게 만들기 위한 노력이 이어지고 있다. 그 중, 공중합체 고분자와 이온성 액체로 구성된 이온겔은 비 휘발성, 기계적 견고성, 높은 이온 전도성을 보이며 다양한 인쇄 기술에 적용이 가능하기에 차세대 신소재로서 주목받고 있다. 본 논문에서는 공중합체 고분자의 분자구조를 심도 있게 디자인하여 다양한 특성을 확보하였고 이를 다양한 전기화학소자에 응용할 수 있는 방향에 대해 제시한다. 본 논문은 크게 세장으로 구성되어 있으며 이온겔의 기계적 물성 조절, 이온 흐름 조절 및 자가회복 극대화에 초점을 맞추어 공중합체 고분자의 다양한 합성법과 특성 분석 기법을 제시한다.
1장에서는 유리 전이 온도가 낮으면서 동시에 이온성 액체에 녹지 않는 도메인을 가진 고분자 구조를 도입하여 고 투명 및 초신축성 이온겔을 제작하였고, 이를 활용하여 사람의 몸에 부착하여 다양한 움직임을 감지할 수 있는 아이오노스킨에 대해 소개한다.
2장에서는 양쪽성이온기반 공중합체와 액체 금속 기반 전극을 이용하여 상온에서도 자가 치유 가능한 이온-열전 발전기를 소개한다. 공중합체 디자인을 통해 이온을 고분자 내에 선택적으로 위치시켜 각 이온의 이동성을 선택적으로 조절하는 방안을 소개한다. 이를 통해 p형 및 n형 열전발전기를 각각 제작할 수 있었고, p형, n형 접합을 통해 열전 소자의 성능을 극대화시키는 연구를 제시한다.
3장에서는 이온성 공중합체를 활용하여 이온성 액체와의 결합을 유발하였고, 이 결합을 통해 이온 클러스터를 동적으로 형성시켜 실온에서도 1분이내의 빠른 자가 치유능력을 보이는 이온겔을 소개한다. 이 기술은 뛰어난 자가 치유 능력, 뛰어난 신축성, 장기적 안정성 및 쉽게 재구성할 수 있는 기술로 변형 가능한 발광 디스플레이에 대한 가능성을 선보인다. 이를 통해 이온겔을 다양한 전자소자에 통합할 수 있고, 차세대 웨어러블 플랫폼으로 응용 분야를 확장할 수 있기에 소프트 로봇 및 웨어러블 시장에 대한 막대한 파급력이 기대된다.