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2-1. 소프트 전자 소자 구현을 위한 소프트 나노소재 구조 및 계면 제어 기술 개발

| 연구참여자

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이름 :조길원
소속 :포항공과대학교
전화 :054-279-2270
이메일 :kwcho@postech.ac.kr
홈페이지 :http://crg.postech.ac.kr

| 연구목표

분자기반 소프트 나노소재의 구조 및 계면을 제어하여 소재의 구조와 물성 간의 상관관계를 규명하고, 소재의 구조와 물성을 최적화하여 소재의 유연화 및 신축화 기술을 개발하고, 고성능, 유연신축성의 소프트 전자소자를 위한 분자기반 소프트 나노소재에 대한 원천 기술 확보

| 연구내용

Topic 1. 고전하이동도 확보와 기계적 안정성 향상을 위한 이종 유연소재 하이브리드 기술 개발

- 고유전율 액상고무 가교를 통한 고성능 신축성 유기트랜지스터 구현
- 블렌드 기반 바코팅 기술을 통한 대면적 소프트 유기트렌지스터 어레이 구현
- 광대역 파장의 에너지 흡수가 가능한 복합 광흡수 고분자 혼합층 도입을 통한 고효율 유기태양전지 소자 구현
- 입체구조와 치환기가 도입된 비 플러렌 계열 acceptor 구조의 최적화 및 donor-acceptor 블랜드를 통한 고효율 유연성 유기태양전지 소자의 구현


(a) 유기반도체 나노선/탄성고분자 블렌딩을 통한 신축성 유기반도체 소재 개발 모식도 (b) 블렌딩 소재의 인장응력에 따른 전기적 특성 안정성 (c) 블렌드 기반 와이어-바 코팅을 통한 대면적 박막 형성 과정 모식도 (d) 광대역 파장의 에너지 흡수가 가능한 삼종혼합 광활성층을 통한 유기 태양전지 효율 향상 (e) 비풀러렌 SF-PDI4 전자받개의 분자구조 및 고효율 유기태양전지를 위한 PV4T2FBT와의 블렌드 박막의 모폴로지


Topic 2. 분자설계 및 구조제어를 통한 유연신축성 유기반도체 소재개발

- 분자내 신축성 블록 도입을 통한 블록공중합체 기반의 고성능, 고신축성 유기반도체 개발 및 신축성 유기트랜지스터 구현
- 셰브론 구조 및 다공성 단열제를 도입을 통한 유연성 유기 열전소자 기술 개발 및 웨어러블 헬스케어 모니터링 시스템 구현


신축성 블록 도입을 통해 분자수준에서 유기반도체 물질 신축성 유도 개념 및 분자구조


Topic 3. 기능성 나노템플릿을 이용한 유연 전자소자 계면 특성 제어 기술 개발

- 표면유도자기조립을 이용한 탄성 고분자 절연체 표면 개질 및 분자정렬 제어를 통한 고성능 신축성 유기트랜지스터 개발
- 다환방향족탄화수소 나노 템플릿을 이용한 고품질 절연막/그래핀 이종접합 소재 개발 및 이를 통한 고성능 소프트 전자소자 구현
- 자기조립박막/그래핀 기반 투명 신축성 전극소재 개발 및 이를 이용한 고성능 E-skin 제작
- 계면 및 일함수가 제어된 유연 전극을 이용한 고성능 유연 유기 박막 트랜지스터 개발
- CNT 나노템플릿을 통한 고분자 정렬 제어 기술 개발 및 이를 이용한 고효율 유연 열전소자 구현


공액 분자의 표면유도 자기조립 정렬 제어



(a) 자기조립박막을 이용한 그래핀 전극과 (b) 이를 기반으로 한 그래핀 E-skin


Topic 4. 유연전자소자의 구동안정성 향상을 위한 계면제어 기술 및 계면 정밀분석 기술 개발

- 그래핀 확산방지막 도입을 통한 고안정성 유연 구리 배선전극 개발 및 이를 이용한 유견 전자회로 구현
- 선택적 전하포집 계면소재를 이용한 고성능 소프트 유-무기 박막태양전지 개발
- 유무기 하이브리드 소프트 광전소재의 결정성장 제어를 통한 고안정성 BHJ 유-무기 페로브스카이트 광전소자 구현분석
- PECCS를 이용한 유기반도체 구조 및 계면제어에 따른 전하트래핑 메커니즘 규명 및 이를 통한 고안정성 유기트랜지스터 구현
- FTPS 분석을 통해 최적화된 전자주개/받개 계면 나노구조를 이용한 고성능의 유기태양전지 구현
- TrPL 분석을 통한 유무기 하이브리드 페로브스카이트 결정성장 메커니즘 규명 및 이를 통한 고성능⋅대면적 소프트 광전소자 제작
- 초고속 시간분해 형광 상위 측정법을 이용한 유/무기 하이브리드 소재 내 여기자 생성 동력학 정밀 분석 및 고효율 유/무기 하이브리드 소프트 광전소자 개발


| 기대효과

- 분자기반 소프트 나노소재의 구조 및 계면을 제어하여 나노소재의 유연신축화 기술을 확보하여 미래의 인간친화형 소프트 일렉트로닉스 구현을 위한 원천기술을 제공
- 분자를 설계하고 이종 유연소재를 블렌드함으로써 유연신축성 전자소재를 개발하고, 이 나노소재들의 구조와 계면을 제어함으로써 고성능의 유연신축성 전자소자를 구현
- 나노소재의 특성과 계면 성질을 정밀하게 분석함으로써 소재 기초 및 이론 측면에서 향후 개발을 위한 기틀을 제공
- 소프트 일렉트로닉스 기술 개발을 선도하고, 차세대 소프트 일렉트로닉스 관련 고부가가치의 산업을 발전시키는데 기여할 것으로 기대함

| 대표연구실적

1. H. H. Kim, Y. Chung, E. Lee, S. K. Lee, K. Cho, Adv. Mater. 2014, 26, 3213.
2. J. H. Oh, M. P. Hong, B. S. Kim, Y. U. Lee, US 7,638,358 (12-29-2009)
3. N. N. Nguyen, S. B. Jo, S. K. Lee, D. H. Sin, B. Kang, H. H. Kim, H. Lee, and K. Cho, Nano Lett. 2015, 15, 2474
4. B. Kang, M. Jang, Y. Chung, H. Kim, S. K. Kwak, J. H. Oh, K. Cho, Nat. Commun. 2014, 5, 4752