★ 다기능성 자가치유 이온성 열전고분자 합성을 위해서는 이온 전도로 인한 이온성 열전성능과 분자 간 유동적인 상호인력으로 인한 자가치유 성능을 모두 확보하는 것이 중요함. 본 연구에서는 분자 간의 정전기 결합 및 수소결합을 극대화하고 자가치유성능 및 유연성, 신축성을 동시에 얻기 위해서 양쪽성이온 고분자(zwitterionic polymer)를 중합할 것임. ★ 양쪽성이온 고분자는 양이온과 음이온을 가지는 기능기를 동시에 가지고 있는 고분자로서 또 다른 용어로는 "내부 염"으로 불리기도 하며, 양이온과 음이온이 동시에 한 분자에 존재하고 양전하와 음전하가 서로 중화된다는 의미를 가지고 있음. 양쪽성이온 고분자는 아래와 같은 장점을 가지고 있으므로 자가치유 성능 등 기계적 물성이 우수한 이온성 열전소재 후보군임. 가. 아민기, 술폰기, 인산기, 카보닐기 등 다양한 기능기의 도입이 가능 나. 양이온과 음이온이 동시에 존재하기 때문에 분자 간 상호결합을 조절하여 자가치유 성능, 유연성, 신축성, 접착성을 얻을 수 있음. 다. 다수의 기능기로 인해 높은 이온전도도를 가짐. 가. 높은 화학적, 열적 안정성 ★ 이러한 장점 때문에, 앙쪽성이온 고분자는 센서, 분리막, 약물전달, 촉매 등 다양한 응용분야에 적용되고 있지만, 이온성 열전소재에는 현재까지 적용된 바 없으며, 더욱이 이온성 열전성능과 자가치유 성능을 동시에 가지는 양쪽성이온 고분자는 현재까지 보고된 적이 전무한 신규성과 독창성이 매우 높은 연구 주제임. ★ 이온성 열전소재의 성능은 무차원 성능 지수인 ZTi로 특징지어 지는데, 식 (1) 여기서 Si는 이온성 지벡계수(Seebeck coefficient, mV K-1 단위), σi는 이온전도도(S cm-1), Si2σi는 역률(ionic power factor, PFi)이라고도 하며, T는 절대 온도(K), k는 열전도율(W m-1 K-1)임. 에너지 변환 성능지수인 ZTi를 높이려면 높은 Si와 σi ,그리고 낮은 k를 갖는 이온성 열전소재를 개발하는 것이 필요함. 양쪽성이온 고분자의 경우 적절한 기능기를 도입함으로써 상대적으로 높은 Si와 σi를 얻을 수 있을 것으로 기대됨. ★ 식 (2) Si는 다음 방정식을 기반으로 하는 열전달 계수(Q) 및 이온 확산도(D)와 밀접한 관련이 있음. e는 전하의 기본값을 나타냄. ★ 따라서 높은 Si값을 얻기 위해서는 양이온과 음이온의 이온 확산도 차이를 극대화해야 함. 구체적으로는 p-형 이온성 열전소재의 경우 양이온 확산도(D+)는 극대화시켜야 하고, 음이온 확산도(D-)는 최소화해야 높은 Si 및 PFi를 얻을 수 있음. n-형 이온성 열전소재의 경우 반대로 양이온 확산도(D+)는 감소시켜고, 음이온 확산도(D-)는 증가시켜야 이온성 열전성능을 극대화 할 수 있음. ★ 본 연구과제에서는 4년의 연구기간 동안, 양쪽성이온 고분자를 사용해 1. 자가치유가 가능한 p-형과 2. n-형 이온성 열전소재를 개발하고, 3. 무기물 나노입자를 이용하여 이온성 열전성능 극대화하며, 4. 자가치유가 가능한 이온성 열전모듈을 제작할 것임.