나노기술 및 정책 정보

• 목록

일상에서 쉽게 볼 수 있는 커피 얼룩효과를 이용해 유기고분자의 방향을 제어하는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐음.

17일 한국연구재단은 KAIST 윤동기 교수·김형수 교수, UNIST 김봉수 교수 공동 연구팀이 커피 방울이 종이에 떨어지면 방울 끝으로 커피 알갱이가 모여 방울의 외곽부분에 커피 얼룩이 생기는 커피링(coffee-ring) 효과를 이용해 반도체 고분자 구조의 배향(orientation)을 조절했다고 밝혔음.

배향은 막대기 보양의 분자가 일정한 방향으로 배열되어 있는 것을 말함.

한 방향으로 나란히 있을수록 배향도가 높다고 함. 배향에 따라 구조체의 광학적, 전기적 성질이 다름.

사물인터넷(IoT)용 유연소자는 유연한 유기반도체를 액체 상태에서 고체인 박막으로 만들어 패터닝하는 기술이 중요함.

하지만, 용매가 증발하면서 용질인 유기반도체 분자들의 배열이 달라질 수 있어 이에 대한 정확한 이해가 필요한 상황임.

연구팀은 용매만 통과할 수 있는 소재로 만들어진 마이크로 크기의 벽과 벽의 공간 사이에 유기반도체 용액을 채워 넣었음.

이어 벽 사이 폭을 5μm와 10μm로 다르게 했을 때 용매의 확산속도가 달라진다는 점에 착안해 용매와 함께 움직이는 긴 사슬모양의 반도체 고분자가 벽에 수직·수평방향으로 달라짐을 관찰했음.

그 결과 폭이 좁을수록 용매의 확산이 빨라지면서 빠르게 용매가 흡수돼 채널에 수직한 방향으로 유기고분자가 배열됐음.

이는 마치 연필들을 굴리면 연필의 길이방향이 아니라 그 수직 방향으로 굴러가고, 연필들을 손가락으로 살살 긁으면 연필이 길이방향으로 제어되는 것과 비슷함.

실제, 이를 이용해 만들어진 트랜지스터는 전하이동성을 좌우하는 전기적 이방성(방향에 따른 물질의 다른 성질)이 높게 나타났음.

고분자 사슬이 정렬되는 방향에 따라 고분자와 고분자 사이에 전하가 잘 이동할 수 있는 분자체의 실제적 거리가 가까워지면서 일어나는 현상임.

즉, 기존 한 방향으로 배열된 유기반도체 고분자가 아니라 다양한 방향으로의 고분자 집합체 배향이 가능함을 보여준 것임.

향후 유기반도체가 활용되는 디스플레이 소자, 광학소자, 화학센서 등 개발에 도움이 될 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 ‘ACS Nano’ 지에 게재됨.