김상원 연구실의 핵심 축 가운데 하나는 고분자의 구조와 물성 간 상관관계를 정밀하게 해석하고, 이를 바탕으로 기능성 고분자 재료를 설계하는 것이다. 특히 블록 공중합체의 박막 자기조립, 계면 중성화, 표면 젖음성, 박막 두께 효과와 같은 현상에 주목하여, 나노미터 수준에서 질서 있는 구조를 형성하는 메커니즘을 탐구한다. 이러한 연구는 단순한 형태 관찰을 넘어, 고분자 사슬 설계와 계면 제어를 통해 원하는 패턴과 기능을 구현하는 재료공학적 기반을 제공한다. 연구실의 논문과 학술발표 이력을 보면, 라멜라 형성 블록 공중합체 박막에서 order-disorder transition 근처의 거동, 표면 중성화에 따른 반주기 두께 구조 형성, 벌크와 박막 상태에서의 자기조립 차이 등 정교한 구조 제어 연구가 축적되어 있다. 이는 화학적 패터닝, 열처리, 표면 개질, 부분 에폭시화와 같은 분자·공정 수준의 변수를 활용해 미세구조의 방향성 및 결함 밀도를 제어하려는 접근으로 이어진다. 결국 고분자의 열역학적 상분리와 동역학적 구조 발달을 동시에 고려하는 연구 전략이 이 분야의 특징이다. 이러한 연구는 차세대 리소그래피, 나노패터닝, 박막 전자소자, 기능성 코팅 등 다양한 응용 분야와 직접 연결된다. 자기조립 기반 공정은 미세패턴 형성의 비용과 공정 복잡도를 줄이면서도 높은 해상도를 구현할 수 있어 반도체 및 전자재료 분야에서 특히 중요하다. 따라서 본 연구실의 고분자 구조·물성 연구는 기초 고분자 과학과 산업적 나노제조 기술을 연결하는 기반 연구로서 의미가 크다.

연구실은 전자 및 반도체 산업에 필요한 고기능성 고분자 소재 개발에도 집중하고 있다. 특히 차세대 3D 적층 공정용 non-conductive film(NCF), 고방열·고신뢰성 에폭시 시스템, 하이브리드 필러 설계와 같은 주제는 최근 수행 중인 대형 프로젝트에서 뚜렷하게 드러난다. 이러한 연구는 단순히 고분자 수지 자체를 개선하는 수준을 넘어, 열전도도, 접합 신뢰성, 절연성, 공정 적합성까지 동시에 만족하는 복합소재 설계를 목표로 한다. 또한 EUV 공정용 무기 기반 박막 소재와 전구체 개발, 유무기 복합 박막, 고해상도 포토레지스트 관련 연구는 연구실이 반도체 미세공정용 첨단 재료 영역으로 확장하고 있음을 보여준다. 학회 발표 주제에서도 SnOx 박막, 유기-무기 복합체, 패터닝 가능한 유전 박막 등 반도체 공정 친화적 소재 설계가 지속적으로 나타난다. 이는 고분자의 구조 설계 능력과 무기 재료 및 박막 공정 기술을 결합해 실제 소자 제조에 적합한 재료 플랫폼을 만들려는 융합적 접근이라 할 수 있다. 이 연구 방향은 고집적 반도체 패키징, 고대역폭 메모리, 차세대 리소그래피, 전자소자의 친환경화 등 산업 수요와 매우 밀접하다. 열 관리와 전기적 안정성, 미세패턴 형성, 장기 신뢰성은 반도체 성능을 좌우하는 핵심 요소이므로, 고분자 기반 소재의 고도화는 필수적이다. 따라서 본 연구실의 전자·반도체용 고분자 소재 연구는 학문적으로는 구조-물성-공정의 연계를 심화시키고, 산업적으로는 첨단 패키징과 공정재료의 국산화 및 고성능화를 뒷받침하는 역할을 한다.

김상원 연구실은 최근 이온전도성 고분자 재료와 이온겔 분야에서도 뚜렷한 연구 성과를 축적하고 있다. 발표 주제들에서 반결정성 고분자 기반 이온겔, 자가치유 이온겔, 혼합 이온겔의 물성 조절, 측쇄 결정화를 이용한 성능 향상 등이 반복적으로 나타나며, 이는 유연 전자소자와 에너지 저장 시스템을 위한 고분자 전해질 플랫폼 구축으로 이어진다. 고분자 사슬의 유연성, 측쇄 구조, 결정성, 혼합 조성 등을 조절하여 이온 이동성과 기계적 안정성을 동시에 확보하려는 것이 이 연구의 핵심이다. 특히 최근 논문에서는 리튬 금속 배터리를 위한 고분자 전해질의 균일한 리튬 이온 수송과 높은 이온전도도 확보가 중요한 과제로 제시된다. 연구실은 균일한 이온 수송이 덴드라이트 형성과 계면 불안정을 줄이는 데 핵심이라는 관점에서, 분자 설계와 전해질 구조 제어를 통해 장수명·고안전성 배터리용 소재를 탐구하고 있다. 이러한 연구는 기존 액체 전해질의 안전성 문제를 완화하고 차세대 전고체 또는 준고체 배터리 기술로 연결될 수 있는 가능성을 갖는다. 이온겔과 고분자 전해질 연구는 웨어러블 센서, 스트레인 센서, 유연 전자소자, 이차전지 등 응용 범위가 넓다. 전기화학적 특성과 기계적 유연성, 장기 안정성을 동시에 만족해야 하므로, 고분자 구조 설계 능력이 경쟁력의 핵심이 된다. 본 연구실은 기초적인 구조-이온수송 상관관계 규명부터 실제 소자 적용까지 연결되는 연구를 수행함으로써, 차세대 에너지·전자 융합 소재 분야에서 중요한 기반을 마련하고 있다.

연구실의 또 다른 중요한 방향은 지속가능한 고분자 소재와 환경 대응형 재료 기술이다. 자원순환형 전자소재 연구소 사업, 미세플라스틱 전주기 제어 융합 교육연구단 참여, 바이오매스 기반 생분해성 고분자 및 재활용 관련 프로젝트는 연구실이 고분자 재료를 환경 관점에서 재해석하고 있음을 보여준다. 이는 기존 고성능 중심의 재료 개발을 넘어, 생산-사용-폐기-재활용까지 고려하는 전주기적 접근을 지향한다. 특히 미세플라스틱 문제에 대해서는 합성, 분석, 처리 기술을 포괄하는 융합형 시각을 취하고 있으며, 생분해성 플라스틱의 안전성 및 용출 평가, 식품 포장용 고분자 규정과 안정성 시험 등의 발표 이력도 확인된다. 이는 친환경 소재를 단순히 개발하는 데 그치지 않고, 실제 사용 환경에서의 안정성, 규제 적합성, 분해·이행 거동까지 함께 검토하는 연구 철학을 보여준다. 전자소재 분야에서도 자원순환형 설계와 금속 회수·재활용을 포함한 통합 기술 개발을 지향하는 점이 특징적이다. 이러한 연구는 환경오염 저감과 산업 지속가능성 확보라는 두 가지 목표를 동시에 추구한다. 생분해성·재활용 가능 고분자는 미래 포장재, 전자재료, 소비재 전반에서 중요성이 커지고 있으며, 미세플라스틱 관리 기술은 환경공학과 고분자공학의 경계를 넘는 사회적 과제이기도 하다. 따라서 본 연구실의 지속가능 고분자 연구는 친환경 소재 설계, 순환경제, 환경 위해성 저감이라는 시대적 요구에 부응하는 실용적이고 확장성 높은 연구 분야라 할 수 있다.