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1-3. 나노카본 기반 소프트 전도체 개발

| 연구참여자

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이름 :손정곤
소속 :한국과학기술연구원
전화 :02-958-5317
이메일 :jgson@kist.re.kr
홈페이지 :http://nanohybrid.kist.re.kr/

| 연구목표

나노카본 기반 소재가 지니고 있는 전기전도성, 투명성, 유연성 등의 새로운 물성을 극대화하고, 이를 기반으로 인간친화형 소프트 일렉트로닉스 시대에 대응할 수 있도록 다양한 소재와의 하이브리드를 통하여 소프트 일렉트로닉스 플랫폼에 적용할 수 있는 투명성 가진 신축성 전도체 구조 창출 및 관련 원천 기술 개발로 실제 소자와 나아가 시작품 개발.

| 연구내용

Topic 1. 굴곡진 금속 나노와이어 네트워크 기반 신축성 투명전극 제조

- 물 위에 띄워 압축하는 형태로 인장에 유리한 구불구불한 Ag NW 전극 제조 및 이를 이용한 신축 투명 전극 개발
- 개발된 투명 신축 전극을 dielectric elastomer actuator, 터치스크린 또는 LED와 같은 소프트일렉트로닉스 구현 소자에도 적용
- 높은 인장변화에서도 낮은 저항변화율 및 고투명도 확보


은 나노와이어 네트워크를 물 위에 띄워 압축함으로써, 상당히 곡률반경이 크게 굴곡진 나노와이어 네트워크를 제작하는 방법 및 인장에 따른 저항 변화율

Topic 2. 나노와이어 기반 전도성 배선 제조 기술 개발

- 나노와이어 기반 신축 전극 제조 기술 확립
- 레이저 기반의 나노와이어 패터닝 기술 확보로 배선 형성 기술 확보
- 패턴된 나노와이어의 신축 특성의 신뢰성 및 패턴 균일도 및 해상도 향상 기술


[제조된 큰 곡률반경을 가지는 Ag NW 네트워크와 레이저 조사 개략도와 레이저 조사 시 Ag NW가 detwetting된 모습의 SEM 이미지, PDMS 기판위에 점 패턴 된 Ag NW 실사 이미지와 확대된 광학 현미경 이미지.]

Topic 3. 성게를 닮은 뾰족뾰족 그래핀 공을 통한 고밀도 에너지 저장 전극 개발

- 산화철 입자 Template를 사용하여 뾰족한 형태의 공 구조 그래핀 대량 합성 및 비표면적/전기전도도 등의 특성 분석
- 구겨진 그래핀 구조의 전극화 공정을 통한 슈퍼커패시터 등의 에너지 저장 전극으로의 응용
- 소프트 일렉트로닉스의 신축 전극으로서의 응용 가능성 탐색


산화철 입자를 주형으로 사용하여 구겨진 그래핀 공 구조를 만드는 방법에 대한 구조도

Topic 4. 신축성을 확보한 에너지 저장 전극 제조

- 그래핀/CNT 기반 신축성 구조 형성시 기계적 물성이 뛰어난 에너지 저장 전극 사용가능함으로 자유곡면 부착형 소프트 IoT용 에너지 저장 플랫폼으로 가장 적합함.
- 얼음 결정 기반 자기 조립을 이용, 한쪽 방향으로 정렬된 벌집 모양의 그래핀 구조 형성 기술 확보 및 축방향 압축을 통한 음의 포와송 비를 가지는 전방향으로 신축 가능한 에너지 저장 전극 구조 제조.
- 신축 그래핀 나노구조체 기반으로 신축 가능한 젤 전해질, 신축 가능한 기판 위에서의 집적화를 통한 신축 슈퍼커패시터 에너지 저장 소자 제작 및 이에 대한 신축 및 에너지 저장 특성 평가.


[음의 포와송비를 가지는 신축 가능한 그래핀 기반 벌집구조 전극의 모식도 ]



[음의 포와송비를 가지는 신축 가능한 그래핀 기반 벌집구조 전극의 모식도 ]


| 기대효과

- 기존의 재료로 극복할 수 없는 재료의 한계를 극복함으로써 신제품 개발의 기반 형성
- “Total Service 산업"으로 고부가가치 창출이 가능한 정보전자재료 산업으로 화학산업의 발전
- 국내 나노물질 합성 및 생산기술의 선진국화와 나노물질 관련 상품의 국제경쟁력 제고 가능
- 1차원 및 2차원 금속나노물질과 나노카본소재 합성 및 전도성 등의 물성 제어 원천기술 확보
- 디스플레이, 모바일 기기, 메모리 소자, 센서, 태양전지 등 미래 소자 개발
- 소자 전극/활성층/절연체/전하저장층/전하수송층 용 나노카본 소재의 원천기술 확보
- 신축 전극의 배선 및 인터커넥트 기술을 통한 신축 능동 소자와의 집적화 및 소프트 일렉트로닉스 제품화 등에 큰 기여

| 대표연구실적

1. J. Y. Lee, K.-H. Lee, Y. J. Kim, J. S. Ha, S.-S. Lee, J. G. Son, Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 3606.
2. J. B. Pyo, B. S. Kim, H. Park, T. A. Kim, C. M. Koo, J. Lee, J. G. Son, S.-S. Lee, J. H. Park, Nanoscale, 2015, 7, 16434.
3. B. S. Kim, K.-Y. Shin, J. B. Pyo, J. Lee, J. G. Son, S.-S. Lee, J. H. Park, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016, 8, 2582.
4. K. Lee, H. Song, K. H. Lee, S. H. Choi, J. H. Jang, K. Char, J. G. Son, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016, 8, 22516.
5. E. Yoon, E. Kim, D. Kim, J. G. Son, Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 913.