그래핀을 닮은 유기반도체 개발.. 전도성 4배 ↑
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임망훈
작성일20-06-24 01:15
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[아시아경제 황준호 기자] 그래핀과 닮은 새로운 유기 반도체 소재가 개발됐다. 기초과학연구원(IBS) 복잡계 자기조립 연구단 김기문 단장이 이끄는 국제 공동연구진은 분자의 자기조립 특성을 활용해 실리콘보다 전기적 특성이 우수한 2차원 전도성 고분자를 합성해 국제 학술지인 켐에 연구 결과가 소개됐다고 23일 밝혔다.
연구팀은 육각형 벌집 모양의 그래핀에서 아이디어를 얻어, 벌집구조를 형성하기 유리한 고분자인 트리페닐렌을 활용해 새로운 소재를 개발했다. 일부 트리페닐렌 분자에는 6개의 하이드록시기(-OH)를 도입하고, 다른 분자에는 아민기(-NH2)를 도입했다. 이후 이들 분자를 용매에 녹인 뒤 가열하며 그래핀처럼 벌집 구조를 가진 2차원 전도성 고분자를 합성했다.
이어 합성 메커니즘도 규명했다. 합성 과정에 쓰인 산성 촉매로 인해 트리페닐렌 고분자는 부분적으로 양전하(+)를 띤다. 이 양전하 간의 정전기적 반발력으로 인해 고분자들은 겹겹이 쌓이지 않고, 용액에 골고루 분산된다. 이로 인해 기존의 한계를 극복하고, 수백 마이크로미터(㎛) 크기의 전도성 고분자 박막을 합성할 수 있었다.
공동 교신저자인 백강균 연구위원은 "골고루 분산, 즉 용해도가 높다는 것은 원하는 형태의 소자 제작에 유리하다는 의미"라며 "합성한 고분자를 이용하면 드롭캐스팅 등 용액 공정을 통해 간단하게 유기소자를 제작할 수 있어 반도체 소자 개발에 필요한 공정비용을 대폭 절감시킬 수 있다"고 설명했다.
이후 연구진은 유기 박막 트랜지스터를 제작해 '유사 그래핀'의 전기적 물성을 평가했다. 소재의 캐리어 이동도는 최대 4㎠/VS로 실리콘보다 4배가량 높았다. 지금까지 개발된 2차원 전도성 고분자 중 가장 우수한 성능이다. 더 나아가, 유사 그래핀 위에 그래핀을 적층한 광(光)검출소자를 구현해 본 결과, 제작된 소자가 자외선에서 적외선에 이르는 넓은 영역의 빛을 검출할 수 있음을 증명했다.
전도성 고분자는 화학적으로 밴드갭(Band Gap)을 비롯한 전기적 물성을 조절할 수 있다. 도체, 반도체, 부도체의 특성을 모두 구현할 수 있다는 의미다.
전도성 고분자로만 이뤄진 유기 전자소자 구현하거나 활용 목적에 맞게 물성을 조절해 '맞춤형 소자' 개발이가능하다. 연구팀은 초고속 반도체, 고효율 태양전지, 롤러블 디스플레이 등 가볍고 유연하면서도 성능이 우수한 소재가 필요한 여러 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대했다.
유기반도체는 실리콘반도체 등 기존의 무기반도체를 대체할 수 있는 차세대 기술이다. 무기반도체의 단점으로 꼽히는 높은 가격, 복잡한 공정, 두께, 유연성 등의 한계를 모두 뛰어넘을 수 있기 때문이다. 특히, 전도성 고분자는 유기반도체 분야를 한층 더 성장시킬 소재로 각광받고 있다.
김기문 단장은 "IBS 연구단 간의 협력과 집단연구 덕분에 오랜 연구의 결실을 맺을 수 있었다"며 "앞으로도 높은 수준의 집단연구가 이뤄진다면 인류의 난제들을 풀어나갈 원동력이 될 것"이라고 말했다.
황준호 기자 [email protected]
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[아시아경제 황준호 기자] 그래핀과 닮은 새로운 유기 반도체 소재가 개발됐다. 기초과학연구원(IBS) 복잡계 자기조립 연구단 김기문 단장이 이끄는 국제 공동연구진은 분자의 자기조립 특성을 활용해 실리콘보다 전기적 특성이 우수한 2차원 전도성 고분자를 합성해 국제 학술지인 켐에 연구 결과가 소개됐다고 23일 밝혔다.
연구팀은 육각형 벌집 모양의 그래핀에서 아이디어를 얻어, 벌집구조를 형성하기 유리한 고분자인 트리페닐렌을 활용해 새로운 소재를 개발했다. 일부 트리페닐렌 분자에는 6개의 하이드록시기(-OH)를 도입하고, 다른 분자에는 아민기(-NH2)를 도입했다. 이후 이들 분자를 용매에 녹인 뒤 가열하며 그래핀처럼 벌집 구조를 가진 2차원 전도성 고분자를 합성했다.
이어 합성 메커니즘도 규명했다. 합성 과정에 쓰인 산성 촉매로 인해 트리페닐렌 고분자는 부분적으로 양전하(+)를 띤다. 이 양전하 간의 정전기적 반발력으로 인해 고분자들은 겹겹이 쌓이지 않고, 용액에 골고루 분산된다. 이로 인해 기존의 한계를 극복하고, 수백 마이크로미터(㎛) 크기의 전도성 고분자 박막을 합성할 수 있었다.
공동 교신저자인 백강균 연구위원은 "골고루 분산, 즉 용해도가 높다는 것은 원하는 형태의 소자 제작에 유리하다는 의미"라며 "합성한 고분자를 이용하면 드롭캐스팅 등 용액 공정을 통해 간단하게 유기소자를 제작할 수 있어 반도체 소자 개발에 필요한 공정비용을 대폭 절감시킬 수 있다"고 설명했다.
이후 연구진은 유기 박막 트랜지스터를 제작해 '유사 그래핀'의 전기적 물성을 평가했다. 소재의 캐리어 이동도는 최대 4㎠/VS로 실리콘보다 4배가량 높았다. 지금까지 개발된 2차원 전도성 고분자 중 가장 우수한 성능이다. 더 나아가, 유사 그래핀 위에 그래핀을 적층한 광(光)검출소자를 구현해 본 결과, 제작된 소자가 자외선에서 적외선에 이르는 넓은 영역의 빛을 검출할 수 있음을 증명했다.
전도성 고분자는 화학적으로 밴드갭(Band Gap)을 비롯한 전기적 물성을 조절할 수 있다. 도체, 반도체, 부도체의 특성을 모두 구현할 수 있다는 의미다.
전도성 고분자로만 이뤄진 유기 전자소자 구현하거나 활용 목적에 맞게 물성을 조절해 '맞춤형 소자' 개발이가능하다. 연구팀은 초고속 반도체, 고효율 태양전지, 롤러블 디스플레이 등 가볍고 유연하면서도 성능이 우수한 소재가 필요한 여러 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대했다.
유기반도체는 실리콘반도체 등 기존의 무기반도체를 대체할 수 있는 차세대 기술이다. 무기반도체의 단점으로 꼽히는 높은 가격, 복잡한 공정, 두께, 유연성 등의 한계를 모두 뛰어넘을 수 있기 때문이다. 특히, 전도성 고분자는 유기반도체 분야를 한층 더 성장시킬 소재로 각광받고 있다.
김기문 단장은 "IBS 연구단 간의 협력과 집단연구 덕분에 오랜 연구의 결실을 맺을 수 있었다"며 "앞으로도 높은 수준의 집단연구가 이뤄진다면 인류의 난제들을 풀어나갈 원동력이 될 것"이라고 말했다.
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[서울=뉴시스] 녹유(錄喩)의 '오늘의 운세' 2020년 6월24일 수요일 (음력 5월4일 무술)
녹유 02-734-3415. 010-9133-4346
▶ 쥐띠
48년생 바쁘지 않은 숨 고르기를 해보자. 60년생 행복한 마무리 묵은 때를 벗겨내자. 72년생 값으로 할 수 없는 정성을 보여주자. 84년생 기대가 아닌 간절함을 가져보자. 96년생 누가 먼저가 아닌 주인이 되어보자.
▶ 소띠
49년생 표정관리 안 되는 기쁨을 볼 수 있다. 61년생 흥정 없는 거래 시원함을 보여주자. 73년생 위기에서도 희망을 기다려보자. 85년생 포기할 줄 아는 겁쟁이가 되어보자. 97년생 자신해도 좋다 행운은 내편이다.
▶ 범띠
50년생 달팽이 걸음처럼 느리게 가야 한다. 62년생 잘못된 습관 고칠 점을 찾아내자. 74년생 쉽고도 어려웠던 시험에 성공한다. 86년생 고통도 슬픔도 추억으로 남겨진다. 98년생 칭찬 없는 수고도 달게 해야 한다.
▶ 토끼띠
51년생 웃음이 천국 구름 위를 걸어보자. 63년생 비싼 값이 아니면 거절로 일관하자. 75년생 새로운 사랑이 가슴을 두드린다. 87년생 눈에 띄지 않는 조용함을 지켜내자. 99년생 멈추지 않는 도전 실패를 넘어서자.
▶ 용띠
52년생 늙지 않는 젊음 건강을 과시해보자. 64년생 작은 것에 욕심 자존심에 금이 간다. 76년생 틀리지 않은 방법 시간을 믿어보자. 88년생 박수 받을 일에 기분이 날아간다. 00년생 먼 길 온 손님 반가움을 나눠보자.
▶ 뱀띠
41년생 위풍당당 자랑이 차고 넘쳐간다. 53년생 보내고 싶지 않은 이별이 올 수 있다. 65년생 나쁜 것이 아닌 좋은 것만 봐야 한다. 77년생 싫어도 좋아도 입을 무겁게 하자. 89년생 굵은 땀이 달콤한 보상을 받아낸다.
▶ 말띠
42년생 눈치가 아닌 자유로움을 가져보자. 54년생 보이지 않던 숙제의 답을 찾아낸다. 66년생 변하지 않는 우직함을 가져보자. 78년생 깊었던 슬픔에 희망이 다시 온다. 90년생 분위기 반전하는 소식을 들어보자.
▶ 양띠
43년생 배움이 아닌 경험으로 해야 한다. 55년생 완벽한 승리로 존재감을 높여보자. 67년생 심했던 마음고생을 위로 받아보자. 79년생 좋은 가르침에 빗장을 열어보자. 91년생 배움이 늦어도 끈질김을 가져보자.
▶ 원숭이띠
44년생 도울 수 없는 일은 구경에 그쳐보자. 56년생 때가 아닌 것에 욕심을 숨겨내자. 68년생 걱정과 고민에서 벗어날 수 있다. 80년생 한결 같은 믿음이 기적을 선물한다. 92년생 소녀 같은 미소 천진함을 가져보자.
▶ 닭띠
45년생 따뜻함이 없는 차가움을 보여주자. 57년생 과거의 명성을 되찾아 올 수 있다. 69년생 상상 못한 결과에 만세가 불려진다. 81년생 한 발 후퇴가 이보 전진을 약속한다. 93년생 늘어가는 실력 뿌듯함이 더해진다.
▶ 개띠
46년생 넉넉한 웃음으로 미움을 감춰내자. 58년생 가난한 대접도 귀하게 받아보자. 70년생 포장을 벗겨내야 진짜를 볼 수 있다. 82년생 싫다 할 수 없는 유혹이 따라선다. 94년생 어떤 자리에도 낮은 곳에 앉아보자.
▶ 돼지띠
47년생 구경도 힘들었던 경사를 맞이한다. 59년생 못난 호기심 매서움을 볼 수 있다. 71년생 버리지 않던 꿈에 기회가 다시 온다. 83년생 좋은 인연과 만남 내일을 함께 하자. 95년생 언제나처럼 그림자가 되어주자.
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