경북대 연구진이 자외선에서 근적외선까지의 광대역 빛을 센싱할 수 있는 플라스틱 기반의 유기광트랜지스터 개발에 성공, 플렉서블(휘어지는) 및 웨어러블(착용형) 이미지센서에 사용될 수 있는 원천기술을 세계최초로 확보했다.
경북대 김영규 교수(45, 응용화학공학부.사진) 팀은 서로 상이한 영역의 빛을 강하게 흡수하는 두 종류의 반도체 고분자 소재를 이용하여 거대이종접합형 나노구조를 형성시킴으로서 자외선에서 근적외선 영역까지의 광대역 빛을 효율적으로 센싱할 수 있는 플렉시블 유기광트랜지스터를 개발했다. 이 기술로 휘거나 접는 스마트폰, 인체신호 센싱이 가능한 스마트 의류 등의 핵심 부품으로 적용할 수 있는 가능성을 제시하였다. 이번 연구결과는 세계 최고의 과학전문저널 네이처(Nature) 출판그룹이 발행하는 권위지인 ‘사이언티픽 리포트 (Scientific Reports)’ 온라인 판 11월 13일자에 게재되었으며, 제1저자로 한혜미 박사과정생(경북대) 및 공동교신저자로 김화정 박사 (차세대에너지기술연구소) 그리고 하창식 교수 (부산대) 및 도날 브래들리교수 (영국 옥스퍼드대학교 - 이공분야 총괄교수) 등이 참여했다.
김 교수팀은 전자주게형 고분자와 전자받게형 고분자로 구성된 “전고분자”형 거대이종접합 나노구조 기반 유기광트랜지스터의 원천기술을 보유한 연구팀으로서 단일 고분자로 이루어진 소자에 비해서 “전고분자”형 소자의 경우 높은 광전효율 및 센싱 파장 조절의 용이성 등 다양한 장점을 가지고 있는 점에 착안해 연구를 진행해왔다. 특히 이번 연구는 근적외선 영역의 빛을 센싱할 수 있는 전자받게형 고분자를 새로 합성하여 적용했다. 바닥상태의 에너지 준위가 큼에도 불구하고 효과적인 전하분리 과정 때문에 근적외선 빛을 효율적으로 센싱할 수 있는 메커니즘을 최초로 규명했다. 또한 “전고분자”형 소자에 대한 10년 이상의 지속적인 연구를 통해 관련 기술을 체계화 하였으며 이를 바탕으로 기존에 보고된 이론적으로 수용할 수 없는 감응도 등에 대한 오류 가능성을 제시함으로써 향후 관련 연구결과에 상당한 영향력을 미칠 것으로 기대된다.
김영규 교수는 “전고분자형 거대이종접합 나노구조 기반 유기광트랜지스터 기술은 유연전자 시대에 꼭 필요한 접을 수 있고 말 수 있는 유연/초박형 고해상도 카메라 등 다양한 전자소자에 활용이 가능할 것으로 기대된다.”며, “현재 전기적 및 광학적 특성을 조절한 새로운 고분자 소재를 개발 중이며 우리 눈으로 감지할 수 없는 빛뿐만 아니라 사람의 체온과 같은 열을 감지할 수 있는 유연 소자 또한 개발 중이므로 향후 질병에 의한 발열 감지 등에 저렴하고 효과적으로 적용될 수 있도록 연구를 계속해 나갈 예정”이라고 밝혔다.
이번 연구는 교육부와 미래창조과학부가 주관하며 한국연구재단이 추진하는 지역혁신창의인력양성사업과 여성과학자지원사업을 포함한 정부연구비로 수행됐다고 경북대는 밝혔다. 오경묵 기자 okmok@hankyung.com
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