나노기술 및 정책 정보

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츠쿠바(筑波)대학이 수십 nm의 유기 반도체 나노 섬유 중에, 100배 중량비의 이온 액체를 넣은 젤리형 재료‘π 이온 겔’을 전극에 올려놓는 것만으로 기능하는, 새로운 전기 화학 트랜지스터 ‘PIGT (π-ion gel transistor)’를 개발함. 개발된 ‘π 이온 겔’은 99%가 이온 액체로 구성되어 있으며, 이온 액체 단체와 같은 정도의 이온 전도성을 나타냄. 또한 나머지 1%를 차지하는 유기 반도체는 수십 nm 폭의 섬유가 서로 얽힘으로써, 겔 중에 거미줄 같은 네트워크를 구성함. 이러한 복잡한 네트워크 구조는 분자가 갖는 자기집합화 기능에 유래하며, 특정 조건에 놓이게 하는 것만으로 형성됨. 일반 트랜지스터와는 달리, 본 디바이스는 체적적 전류, 즉 전극이 두꺼울수록 많은 전류를 흐르게 하는 ‘유기전기화학 트랜지스터(Organic Electrochemical Transistor, OECT)’와 비슷한 거동을 나타냄. 이 ‘π 이온 겔’은 이온 액체 단체와 같은 정도의 이온 전도성을 보였으며, 내재된 겔 섬유와 이온 액체 계면 면적이 기존의 OECT을 포함한 대부분의 트랜지스터에서 사용되고 있는 적층 구조 계면보다 훨씬 크기 때문에 응답 속도가 20마이크로 초 이하(기존의 50 분의 1)라는 놀라운 수치를 나타냈으며, 지금까지 보고된 축적 모드 전기 화학 트랜지스터 중 가장 빠른 것임. 양산화가 쉽고 저비용으로 제작할 수 있어 1회용 플렉시블 센서 등에도 이용할 수 있으며, 향후 더욱 유기 반도체의 내구성을 개선함으로써 유연성·전기 전도성·내구성 등의 장점을 갖춘 유기 전자 디바이스가 실현될 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 ‘Advanced Materials’ (“Fast Response Organic Supramolecular Transistors Utilizing In‐Situ π‐Ion Gels”) 지에 게재됨.