과학기술연합대학 나노공정연구실
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대전에 위치한 과학기술연합대학원 대학교(UST,www.ust.ac.kr)는 연구소 중심 대학으로 정부 출연 연구소에서 담당 교수의 지도하에 졸업 연구를 진행하며 수업은 국책연구소, 충남대, KAIST 등에서 학점을 인정받아 학위를 이수할 수 있는 시스템을 갖춘 학교로 전교생이 수업료 및 생활비를 지원받을 수 있다는 장점 때문에 최근 많은 학생들의 관심을 받고 있는 대학원 중심 대학입니다. 한국기계연구원 교수들이 중심으로 구성된 나노메카트로닉스 학과는 기계와 전자의 융합학문으로 시작해 최근 나노 기술의 발전과 함께 재료공학, 화학, 화학공학, 물리 등의 다양한 전공이 융합된 융합학문으로 발전해 전공의 폭이 넓고 학제간 시너지 효과가 기대되는 분야이다. 과의 비젼은 상업적으로 제조 가능한 나노 부품을 보다 작게, 보다 저렴하게, 보다 빠르게 제조하는 공정, 장비, 측정기술을 개발하는 것을 목표로 한다.
나노패터닝 공정 및 응용
한국기계연구원은 나노기계 및 첨단 기계분야를 선도하는 전문화된 정부출연연구원이며, 2002년부터 시작된 나노메카트로닉스 기술 개발 사업을 주관하면서 기계분야 나노융복합 기술 개발을 위한 첨단 연구 시설을 갖추고 이 분야의 기술을 선도하고 있습니다. (www.kimm.re.kr). 본 연구실은 기계연구원 본원의 연구실로 나노패터닝을 위한 재료 합성 (임프린트 재료/ 콜로이드 합성)을 기반으로 저가 대면적 나노패터닝 공정을 수행하고, 이를 이용하여 디스플레이(LED, OLED), 에너지 소자(태양전지), 에너지 저장소자(배터리) 등에 응용하는 연구를 수행하고 있습니다. 또한 센서 및 나노 트랜지스터를 포함한 나노 소재 및 구조를 이용한 새로운 적용처를 찾는 연구를 병행하고 있습니다.
▶Recent work
-New material synthesis ad surface control for nano-scale pattern fabrication
-Application of nanopattern to LED, OLED, Solar Cell, Energy storage, Transparent electrode, superoleophobic structure
▶Selected Publications : h-index 18 (SCI 76 from 2002.02~2012.01)
publication list:http://www.researcherid.com/rid/G-4444-2012
1. Choi, D. G.; Lee, K. J.; Kim, J. Y.; Nanotransfer molding of ree-standing nanowire and porous nanomembranes susepended on microtrenches. ACS Applied Mater & Interfaces, 2013, Online Published. dx.doi.org/10.1021/am302493x
2. Choi, D. G.; Lee, K. J.; Jeong, J. H.; Wang, D. H.; Ok Park, O.; Hyeok Park, J., Sub-100 nm scale polymer transfer printing process for organic photovoltaic devices. Solar Energy Materials and Solar Cells 2013, 109, 1-7
3. Choi, D. G.; Lee, K. J.; Kim, S.; Lee, E. S.; Jeong, J. H.; Lee, J.; Choi, J. H., Rapid nanopatterning of zirconium dioxide via nanoprinting and microwave-assisted annealing. RSC Advances 2012,2,11035-11039
4. Kim, S. H.; Lim, J. M.; Jeong, W. C.; 4. Choi,D.G.; Yang,S.M., Patterned colloidal photonic domes and balls derived from viscous photocurable suspensions. Advanced Materials 2008,20,3211-3217
5. Jang,S.G.;Choi,D.G.;Heo,C.J.;Lee,S.Y.;Yang,S.M., Nanoscopic ordered voids and metal caps by controlled trapping of colloidal particles at polymeric films surfaces. Advanced Materials 2008, 20,4862-4867
6. Choi, D. G.; Jang, S. G.; Kim, S.; Lee, E.; Han, C. S.; Yang, S. M., Multifaceted and nanobored particle arrays sculpted using colloidal lithography. Advanced Functional Materials 2006,16,33-40
7. Yang, S. M.; Jang, S. G.; Choi, D. G.; Kim, S.; Yu, H. K., Nanomachining by colloidal lithography. Small 2006,2,458-475
8. Choi, D. G.; Kim, S.; Lee, E.; Yang, S. M., Particle arrays with patterned pores by nanomachining with colloidal masks. Journal of the American Chemical Society 2005,127,1636-1637
9. Choi, D. G.; Jeong, J. H.; Sim, Y. S.; Lee, E. S.; Kim, W. S.; Bae, B. S., Fluorinated organic-inorganic hybrid mold as a new stamp for nanoimprint and soft lithography. Langmuir 2005,21,9390-9392
10. Choi, D. G.; Yu, H. K.; Jang, S. G.; Yang, S. M., Colloidal lithographic nanopatterning via reactive ion etching. Journal of the American Chemical Society 2004,126,7019-7025
11. Choi, D. G.; Kim, S.; Jang, S. G.; Yang, S. M.; Jeong, J. R.; Shin, S. C., Nanopatterned magnetic metal via colloidal lithography with reactive ion etching. Chemistry of Materials 2004,16,4208-4211
12 Choi, D. G.; Jang, S. G.; Yu, H. K.; Yang, S. M., Two-dimensional polymer nanopattern by using particle-assisted soft lithography. Chemistry of Materials 2004,16,3410-3413
13. Wang, S.; Choi, D. G.; Yang, S. M., Incorporation of CdS Nanoparticles Inside Ordered Mesoporous Silica SBA-15 via Ion Exchange. Advanced Materials 2002,14,1311-1314
1. 나노 패터닝 공정
본 연구실에서는 기존의 노광공정을 이용하지 않고 몰드 혹은 스템프를 이용하여 나노 패턴을 직접 패터닝하는 나노 임프린트 공정 기술, 기능성 물질의 직접 전사 인쇄 (Direct transfer printing) 및 전사 몰딩 (transfer molding) 기술등의 공정 기술을 개발하고 이를 기반으로 화학 및 바이오 센서, 디스플레이, 에너지 소자 등에 매우 유용하게 적용하는 연구를 진행중이다. 특히 전사 및 임프린트 공정은 일반적인 패터닝 방법으로 구현이 힘든 자유 지지 나노와이어 및 다공성 멤브레인 제작 이 가능하여 환경센서, 트랜지스터, 그리고 다양한 광학 및 전자소자의 나노 측정 연구분야에 응용이 가능할 것으로 기대된다.
2. 소자 응용 (디스플레이 및 에너지 소자)
최근, 전자소자, 광소자, 바이오 및 에너지 소자 등에 나노 및 마이크로 패턴을 적용하여 새로운 기능을 부여하거나 성능 및 효율을 향상시키는 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한, 최근 화석연료의 고갈에 따른 에너지 문제를 해결하기 위해, 대체 에너지 및 청정 에너지원 개발에 대한 다양한 형태의 광범위한 분야에서 연구가 이루어지고 있다. 제 3세대 태양전지의 하나인 유기태양전지는 고분자 및 유기물을 이용하는 소자로 대량생산 및 연속 공정이 가능하다는 장점이 있어 국내에서도 이와 관련된 연구가 많이 진행되고 있으나, 아직 실험실 수준에서 제작이 이루어지고 있으며 대면적화/고효율화에 대한 문제가 여전히 상용화를 위한 숙제로 남아있다. 또 다른 형태의 에너지 문제를 해결하기 위한 방안으로, 기존의 모니터, 휴대폰, TV 등 다양한 디스플레이 소자에 적용 되어온 다양한 광학 및 전자 소자의 고효율화를 통한 에너지 절감 효과를 극대화 하는 연구들이 진행 되고 있다. 본 연구실에서는 근 이슈가 되고 있는 유기태양전지 및 유-무기 발광 다이오드 (O(LED))의 에너지 절감효과 및 고효율화를 위한 나노 패턴 응용 연구를 진행중이며 나노임프린트, 전사공정 및 자기조립 패터닝 공정 등을 활용한 대면적 나노 구조체 제작 공정을 개발하고 이를 이용한 LED, OLED, AR(반지방지막) 구조체를 포함한 광학소자 및 태양전지등의 에너지 소자 응용 연구를 수행하고 있다.
3. 신기능 패터닝 소재 및 응용
기능성 고굴절률 재료(ZrO2,TiO2,ZnO,HfO2,SnO등)는 디스플레이 및 광학 소자에 새로운 물성을 부여하거나 성능향상을 위해서 그 필요성이 증대되고 있는 분야이다. 하지만, 현재 개발되고 있는 소재들이 매우 고가이거나 수급이 제한되는 실정으로 실제 산업적 응용에 적용하기에는 어려움이 많았다. 특히 나노패터닝 기술로 나노임프린트 기술이 주목받고 공정 및 장비 분야 연구가 진행된지 10여년이 지났지만, 고굴절률 재료에 대한 연구는 보고된바가 거의 없다. 본 연구실에서는 고굴절, 고강도, 고투명성을 가지는 기능성 소재를 개발하고 나노 및 마이크로 패턴을 제작에 응용하는 연구를 진행중에 있다. 이러한 기능성 산화물의 우수한 특성을 광촉매, 바이오 및 환경 센서, 태양전지, 투명전극, 광학코팅, 트렌지스터, 절연소재, 내열 코팅 분야 등 다양한 응용소자로 개발하고자 하는 연구가 활발하게 진행하고 있다. 또한, 기존 벌크 소재에 비해서 크기가 나노스케일로 매우 작은 나노와이어(nanowire) 및 다공성 소재는 기존 소재가 갖지 못하는 특이한 성질을 가지는 점에 착아하여 실리콘 나노와이어(SiNW) 및 나노 다공성 실리콘을 제작하고 이를 이용하여 나노와이어 센서, 발광 및 에너지 저장 소자 등으로 이용하는 연구를 활발히 진행하고 있다.
4. 연구장비
저희 연구실은 기계연구원 연구 13동에 위치해 있으며, 연구 13동은 2010년 완공된 신축 건물로 클린룸, 연구동, 공장동으로 구성되어 있으며 나노마이크로 공정 및 소자를 위한 다양한 최신 장비 및 시스템이 구축되어 있습니다. 자세한건 아래 홈페이지를 참조하시기 바랍니다.
-담당자: 최대근 박사, 나노메카트로닉스 학과 겸임부교수/ 한국기계연구원)
-연락처: lamcdg@kimm.re.kr (전화: 042-868-7846)
-저희 연구실은 메카트로닉스 분야의 융합학문으로, 화학공학, 공업화학, 재료공학, 화학, 물리, 전자 등의 다양한 학생이 연구를 수행할 수 있으니 관심있는 분은 궁금한 점에 대해서는 상기 연락처로 연락주시면 감사하겠습니다.
