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2-4. 소프트 광소자용 이차원 하이브리드 소재 기술 개발

| 연구참여자

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이름 :전석우
소속 :KAIST
전화 :042-350-3342
이메일 :jeon39@kaist.ac.kr
홈페이지 :http://fdml.kaist.ac.kr
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이름 :박성진
소속 :인하대학교
전화 :032-860-7677
이메일 :Sungjinpark@inha.ac.kr
홈페이지 :http://nmcl.kr
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이름 :신현석
소속 :울산과학기술대학교
전화 :052-217-2311
이메일 :shin@unist.ac.kr
홈페이지 :http://lnn.unist.ac.kr/

| 연구목표

차세대 유연성 광소자의 핵심 기술이 될 저차원 탄소소재 및 전이금속 디칼코게나이드 하이브리드 소재를 효율적으로 제조하고 고유 밴드갭을 제어하여 소프트 광소자 적용에 적합하도록 개질하는 기술을 정립하며, 이차원 소재의 특성을 극대화할 수 있는 구조적 특성을 고려한 소자 제작으로 저차원 하이브리드 소재 기반 미래형 유연 광소자 구현 기술을 개발하고자 함.

| 연구내용

Topic 1. 그래핀 양자점의 적, 녹, 청색 발광 연구 및 고효율화

- 다양한 종류의 알킬기를 포함하는 포타슘 염의 제조
- 다양한 포타슘 염을 이용한 흑연 층간삽입화합물 제조 및 박리
- 그래핀 양자점의 표면 기능기화를 통한 분산성 향상 및 OLED 적용


다양한 종류의 알킬기를 포함하는 염을 이용한 그래핀 양자점 다색화 모식도


기능기화된 그래핀 양자점의 분산성 향상 및 OLED 적용

Topic 2. 수계 분산 2차원 카본나이트라이드(C3N4) 소재를 활용한 바이오 응용 및 표면 개질을 통한 유기계 용매에 분산된 C3N4의 OLED 발광체로써의 응용

- 새로운 2차원 나노 소재인 C3N4의 단일막 나노시트 합성 전략 구축
- 2차원 C3N4의 광학적 특성을 이용한 다양한 센서, 바이오 이미징, 발광체 연구
- Diazonium salt 를 이용하여 유기용매 분산성을 개선하여 OLED 소자 발광체로써 응용


[Diazonium salt 를 이용한 C3N4 의 표면개질을 통해 유기계 용매에 대한 분산성 개선]


[Electroluminescence 와 OLED device structure]

Topic 3. 저차원 그래핀(그래핀 양자점, 그래핀 나노 리본)과 h-BN를 이용한 평면 헤테로 구조체 제작

- 패턴된 기판 위에서 h-BN의 치환 반응을 이용하여 평면 헤테로 구조체 제작 (그림)
- 저차원 그래핀과 h-BN 사이의 원자 결합 확인 및 광학 특성 변화 연구
- 평면 헤테로 구조체의 전하 수소 특성 분석 및 광전자 소자 구현


h-BN의 치환 반응을 이용한 저차원 그래핀과 h-BN의 평면 헤테로 구조체의 모식도

Topic 4. 그래핀/탄소나노튜브 하이브리드 나노복합소재 개발을 통한 고전도성/고신축성 나노복합체 개발

- 그래핀/탄소나노튜브 복합화 공정 최적화를 통한 나노복합소재 개발
- 그래핀/탄소나노튜브 하이브리드 나노복합소재와 신축성 기지의 복합화를 통한 나노복합체 개발


그래핀/탄소나노튜브 하이브리드 나노복합소재 개발을 통한 신축성 전도체 제조 연구

| 기대효과

- 그래핀 양자점의 고효율화 및 다색화를 통한 소프트 광소자 적용 가능성 제시
- 2차원 C3N4 나노시트 유기계 분산액을 제조함으로써 OLED 발광소자로의 응용 가능성이 기대됨
- h-BN으로 보호되어 있는 저차원 그래핀 소재를 제작함으로써 새로운 원자 단위의 얇은 광전자 소자 구현이 가능
- 전도성 2D/1D 나노소재와 기지와의 복합화 공정 개발을 통한 고전도성 / 고신축성 / 플렉시블 하이브리드 나노복합소재 개발 및 원천기술 확보

| 대표연구실적

1. H. Yoon†, Y. H. Chang†, S. H. Song, E. S. Lee, S. H. Jin, C. Park, J. Lee, B. H. Kim, H. J. Kang, Y. H. Kim*, S. Jeon, Adv. Mater. 2016, 28, 5255-5261
2. J. Oh, R. J. Yoo, S. Y. Kim, Y. J. Lee, D. W. Kim, S. Park, Chem. Eur. J. 2015, 21, 6241?6246
3. G. Kim, H. Lim, K. Y. Ma, A. R. Jang, G. H. Ryu, M. Jung, H. J. Shin, Z. Lee, H. S. Shin, Nano Lett. 2015, 15, 4769.
4. D. Lee, B. Lee, K. H. Park, H. J. Ryu, S. Jeon, S. H. Hong, Nano Lett. 2015, 15, 1238
5. J. Y. Oh, G. H. Jun, S. Jin, H. J. Ryu, S. H. Hong, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016, 8, 3319-3325