유전율은 전기 신호를 저장하고 전달하는 소재의 능력을 나타내는 가장 기본적인 물성입니다. 소자가 유연해지고 몸에 가까워질수록 높은 유전율과 부드러움을 동시에 갖는 소재가 필요하지만, 이 두 특성은 소재 본질적으로 양립하기 어렵습니다. 유전율이 1000을 넘는 세라믹 강유전체는 딱딱하고, 유연한 엘라스토머는 유전율이 10에도 미치지 못하며, 둘을 섞은 복합체는 양쪽의 한계를 그대로 물려받습니다. 유연하면서도 세라믹급 유전율을 갖는 소재는 지금까지 어떤 소재군도 도달하지 못한 미개척 영역으로 남아 있습니다.
본 연구는 분극 단위 자체를 바꾸어 이 난제를 해결하고자 합니다. 기존 고유전 고분자가 의존해 온 작은 공유결합 쌍극자 대신, 양이온과 음이온이 이루는 거대 이온 쌍극자를 분극의 기본 단위로 도입합니다. 이온 쌍극자는 공유결합 쌍극자보다 수십 배 큰 모멘트를 가져 고유전율을 구현할 수 있는 매우 유력한 후보이지만, 이온들이 서로 강하게 끌어당겨 뭉치면서 전기장에 배향되지 못하는 문제로 지금까지 높은 유전율로 이어지지 못했습니다. 본 연구는 이온들이 뭉치지 않고 외부 전기장에 함께 배향되도록 하는 새로운 분자 설계 원리를 확립하고, 정밀 고분자 합성과 분자동역학 시뮬레이션을 결합하여 유연 엘라스토머의 세라믹급 초고유전율을 구현하고자 합니다. 이를 통해 유연 전자소자 전반에 적용 가능한 고유전 유연 소재의 원천 기술을 확보하고자 합니다.