광기능성 고분자 연구실 (Photonics Polymer Laboratory, PPL)
소재지: 광주광역시 북구 첨단과기로 261(오룡동) (우: 500-712) 광주과학기술원
연락처: 광주과학기술원 신소재공학과 광기능성 고분자 연구실 TEL. (062) 970-2335
FAX. (062) 970-2304 / 홈페이지: http://mse.gist.ac.kr/~ppl
[GIST MSE PPL 소개]
광주과학기술원 신소재공학과 광기능성 고분자 연구실은 1999년 설립이래로 “광기술“과 “고분자“라는 두 가지 큰 테마를 중심으로 현재까지 활발하게 연구를 진행하고 있습니다. 김동유 교수님의 지도하에 유기물 광전자 물질의 합성과 다양한 분야의 유기물 광소자, 광전소자들에 대한 연구로 고분자, 화학 및 재료 분야의 여러 저명저널과 학회에 우수한 학술논문들을 발표하고 있으며, 최근에는 2000년도 노벨 화학상 수상자인 캘리포니아대학 산타바바라 (UCSB)의 Alan J. Heeger 교수님과 함께 “Heeger Center for Advanced Materials (HCAM)“를 설립하여 유기 광전자 분야의 공동연구를 진행하며 시너지효과를 거두기 위해 활발히 연구하고 있습니다.
[Research field]
20세기가 전자를 이용한 여러 가지 응용소자들이 주축을 이루는 시대라고 한다면 21세기는 빛을 이용한 광기술을 중심으로 하는 광소자들이 이끌어가는 시대라고 할 수 있습니다. 유기물 광 재료는 기존의 재료에서는 수행하기 힘든 다양한 장점들로 인해서 미래의 기술로 각광을 받고 있으며 이러한 소재들을 이용한 다양한 광소자 나노 기술(NT)은 21세기를 이끌어나갈 중점 기술이며 종래의 전통산업기술과 미래 지향적 첨단산업의 연결고리를 만들고 동시에 정보기술(IT), 바이오 기술(BT) 등을 융합 시켜 새로운 혁신기술을 창출하여 미래 신 성장 산업의 원동력이 될 것으로 생각됩니다. 본 연구실에는 이러한 다양한 광소자에 응용 가능한 유기물 재료들을 개발하고 이를 이용해서 광소자를 구현하며 나노기술과 접목하는 연구를 주로 시행하고 있습니다. 또한 차세대 전자소자를 위해 활발히 연구되고 있는 유기물 반도체 물질에 대한 연구도 시행하여 새로운 구조의 유기물 반도체 물질을 개발하고 물성을 분석하는 연구가 수행되고 있습니다. 본 연구실에서는 재료, 광학, 전자, 에너지, 디스플레이에 초점을 맞추어, 다 분야의 축적된 연구지식과 물리화학적 접근 방법을 통해, 새로운 물질의 구조와 특성에 대한 연구를 바탕으로 최고의 성능을 갖는 소자개발을 하고 있으며 photonics나 electronics에 응용을 위한 새로운 나노 구조를 갖는 물질을 제조, 개발하는 연구가 진행되고 있습니다.
1. 유기발광소자 (OLED)
본 연구실에서는 유기 광전자의 큰 축이 되는 세가지 분야인 “유기발광소자(Organic Light Emitting Diode, OLED)“, “유기태양전지(Organic Photovoltaics, OPV)“, “유기박막트랜지스터(Organic Thin Film Transistor, OTFT)“에 대한 연구를 진행하고 있습니다. 각각의 유기물 소자에 적합한 물질들을 디자인하고 유기합성을 통해 창출한 반도체 물질을 소자에 적용하여 보다 높은 성능의 광전소자를 구현하기 위한 노력을 하고 있습니다. 첫째로, 유기발광소자 구현을 위해 개발된 다양한 고분자들을 소개하면, 열적, 화학적 안정성을 우수한 fluorene계열의 청색발광고분자들을 개발하였고, hole transporting layer로 쓰이는 PEDOT:PSS의 문제점을 해결하기 위한 가교 가능한 새로운?? 가능한 water-soluble 고분자를 합성하여 여러 저명학술지에 발표하였습니다. 또한, 소자 성능 향상을 위해서 실버 나노입자를 도입하여 surface plasmon resonance (SPR)을 이용하여 active polymer의 발광성능을 2배 이상 향상시킨 결과를 보고하기도 했습니다.
2. 유기태양전지 (OPV)
지구온난화의 문제와 이에 따른 도쿄의정서의 대두 등, 갈수록 심화되고 있는 환경과 에너지 문제 해결을 위해 선진국들의 총성 없는 에너지 전쟁이 신재생 에너지 기술의 확보 및 보급으로 이어지고 있습니다. 특히, 무한한 재생 에너지로 각광 받고 있는 태양에너지를 이용하기 위한 태양전지 기술, 그 중에서도 휘어지거나 말 수 있는 flexible plastic OPV를 개발하고 산업화하기 위한 연구들이 아주 활발하게 진행되고 있습니다. 본 연구실에서는 유기태양전지의 핵심재료인 새로운electron donor polymer와 electron acceptor 물질의 개발에 박차를 가하고 있으며, 또한 보다 쉽고, 공정시간을 절약하며, 비용을 줄일 수 있는 새로운 소자제작 공정을 개발하여 발표하였습니다. TiO₂ 하이브리드 태양전지를 위한 열적안정성이 우수한 새로운 fluorene 고분자를 개발하여 발표하였으며, surface relief grating을 이용하여 태양빛을 보다 효율적으로 이용하기 위한 요철 나노구조를 도입한 고분자태양전지 소자 제작기술과 surface relief grating을 에칭마스크로 적용하여 TiO₂ 나노구조물을 제조하여 TiO₂ 하이브리드 소자의 제작기술을 발표하였습니다. 그리고 저가로 효율적인 대면적, 대용량으로 flexible 고분자태양전지를 제작하기 위해 brush painting과 spray deposition을 도입한 소자제작공정을 학술지에 보고하였습니다.
3. 유기박막트랜지스터 (OTFT)
유기박막트랜지스터는 유연한 flexible display나 RFID 등의 저가와 쉬운 공정으로 실리콘 기반 트랜지스터의 대체를 위해 많은 연구가 되고 있습니다. 본 연구실에서는 강한 분자상호간의 인력을 얻기 위한 다양한 작용단을 도입한 새로운 유기물 재료를 설계, 합성하고 이러한 물질의 전기적 특성을 측정하여 OTFT에 응용 가능한 최적의 물질을 찾아내는 연구를 시행하였습니다. 높은 이동도와 공기 안정성을 보유한 thienothiophene 작용단을 지닌 유기물 반도체 물질을 개발하였고, 또한 최근에 활발이 연구되고 있는 fluorene 작용단을 갖는 유기물 반도체 물질이 빛이나 열을 가했을 때 fluorene 작용단이 fluorenone으로 변화하여 OTFT의 성능 저하에 주요한 원인이 된다는 사실도 최초로 보고하였습니다. 그리고 높은 응답속도를 갖는 가교된 고분자 gate dielectric을 이용한 유기 트랜지스터의 개발과 무기물 재료와는 다른 유기물 반도체 물질의 장점을 이용한 새로운 형태의 소자에 대한 연구도 시행하여 광소자와 전자소자가 결합된 새로운 형태의 광전자소자인 고효율의 유기물 박막 포토트랜지스터를 개발하였습니다. 또한 유기트랜지스터 기반의 polymer gate electret을 이용하여 유기 비휘발성 메모리 소자를 개발하였고, rubbing을 이용한 polyimide 박막 위에 유기트랜지스터를 제작하여 국외 저명학술지에 발표하였습니다.
4. 다양한 나노 구조체를 이용한 광소자 응용
본 연구실에서는 수십 나노미터에서 수백 마이크로미터 사이의 크기를 갖는 여러 가지 미세 입자나 캡슐 등을 제조하고, 이들의 여러 가지 성질을 변화시키거나 구조를 제어함으로써 다양한 나노 스케일의 구조물을 제작하고 이를 광소자 및 광전소자에 응용하는 연구를 수행 하였습니다. 또한 세계 최초의 선구적인 일이었던 아조 고분자에 편광 간섭 빔을 조사하여 수백 nm에서 수 μm의 크기를 갖는 SRG (surface relief grating) 패턴을 형성시켜서 광 부품 소자 등에 응용하는 연구를 진행하였습니다. 홀로그램 메모리에 적용될 수 있는 아조벤젠 작용기를 갖는 다양한 아조 재료들을 합성하여 여러 학술지에 보고하였고, 타원편광의 간섭빔을 사용하여 superhelix구조의 SRG를 제작하여 보고하였습니다. 그리고 submicrometer 크기를 갖는 polyelectrolyte capsule microreactor를 제조하여 고분자의 중합, 다양한 금속 나노입자들의 합성에 사용한 결과를 다양한 분야의 저명학술지들에 발표하였습니다. 또한 콜로이드 입자들을 이용한 반사방지막과 콜로이드 입자들을 결정화한 콜로이드 광결정을 이용하여 다양한 모양의 결정을 제작하고, 고굴절률의 dopant나 아조 고분자를 침투시켜 광결정의 광 밴드갭을 튜닝한 결과를 나노 및 재료 분야의 학술지에 보고하였습니다.
[PPL people]
광기능성 고분자 연구실의 아이디어 뱅크이자 항상 앞서가는 트렌드로 학생들을 놀라게 하는 김동유 교수님을 주축으로 하여, 현재 박사과정 11명과 석사과정 7명이 활발한 연구를 진행하고 있습니다. 22명의 석？박사 졸업생들이 4년제 대학 교수, 출연연 및 기업 연구소 연구원, 박사 후 연구원 등으로 진출하여 활동하고 있습니다.
지금까지 본 연구실이 연구 활동을 해오면서 내외로 영광의 순간들도 있었습니다. 교수님은 2005년 국무총리상, 고분자학회 신진학술상과 2006년 나노코리아 어워드 나노연구혁신상 및 원내에서 GIST 연구상, Best Teacher's Award 등을 수상하셨습니다. 그리고 PPL 연구원들도 대한화학회, 한국전지학회, 한국공업화학회, 미국 재료학회 등에서 우수한 연구결과로 여러 연구상들을 수상하였습니다.
마지막으로 우리 광기능성 고분자 연구실의 즐거웠던 순간들을 보여드리고 연구실 소개를 마칠까 합니다. 저희 연구실은 교수님과 선후배 연구원들이 자유롭고 자율적인 분위기에서 즐겁게 연구하고 있습니다. 앞으로 유기 광소자 및 광전소자 분야에서 선도적이고 우수한 연구결과를 창출하기 위해 계속 노력하려고 합니다. 끝으로 저희 연구실 소개를 읽어주신 KOSEN 회원분들께 감사드리며 이런 기회를 주신 KOSEN 관계자분들께도 감사드리고 부족한 글을 마감합니다.
