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KAIST, 고성능 유연 에너지 수확 소자 개발
이한영 기자  |  hy7337@hanmail.net
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승인 2017.02.23  09:48:40
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[대전=이한영 기자] KAIST는 전기및전자공학부 윤준보 교수 연구팀이 고온에 열처리된 나노와이어 다발 물질을 유연 기판에 옮기는 기술과 이를 이용한 고성능의 유연 에너지 수확 소자를 개발했다고 밝혔다.

 서민호 박사과정이 1저자로 참여한 이번 연구는 나노과학 및 공학 분야 국제 학술지 '에이씨에스 나노(ACS Nano)' 1월 30일자 온라인 판에 게재됐다.

 대표적인 나노물질인 나노와이어(nanowire)는 나노미터 단위의 크기를 가지는 와이어 구조체를 의미하며, 1차원 구조에 기반한 우수한 물리, 화학적 특성과 높은 응용성 덕분에 과학 및 공학적으로 중요하게 사용되고 있다.

 특히, 완벽하게 정렬된 배열과 평균보다 긴 길이 등 특수한 구조를 갖는 경우 성능이 더욱 우수하며, 최근 물리ㆍ화학적으로 우수한 나노와이어를 유연 기판 제작과 고성능 웨어러블 센서 등 유연 전자소자에 응용하는 연구가 각광을 받고 있다.

 그러나 기존 기술은 화학적 합성법으로 제조된 나노와이어를 용액에 섞어 유연 기판에 도포하는 무작위 분포 방식을 활용해 고성능 소자의 구현에는 어려움이 있으며, 최첨단 나노 공정법과 내열성을 갖는 유연 물질을 이용하기도 하지만 이 역시 비경제적이고 700℃ 이상의 초고온에서 안정적인 재료를 제작하기에는 부적합하다는 한계가 있다.

 연구팀은 문제 해결을 위해 대면적으로 제작된 실리콘 나노그레이팅(nano-grating) 기판과 나노희생 층(nano-sacrificial layer) 공정을 결합하는 새로운 나노 옮기기(nano-transfer) 기술을 개발했으며, 이 기술은 옮기기의 틀(mold)이 되는 나노그레이팅 기판과 나노와이어 사이에 존재하던 나노희생층이 열처리 이후 나노와이어를 유연 기판으로 옮길 때 없어지는 기술이다.

 이를 통해서 초고온에서 물성 확보가 된 나노와이어를 정렬된 형태로 유연 기판에 안정적으로 제작할 수 있게 됐으며, 연구팀은 이에 그치지 않고 개발된 기술을 이용해 700℃ 이상부터 물성이 확보되는 티탄산바륨 나노와이어를 유연 기판 위에 완벽하게 정렬해 제작하고, 기존에 보고된 일반적인 티탄산바륨 나노와이어 기반 에너지 수확 소자의 특성을 뛰어넘는 높은 전기적 에너지를 얻었다.

 이 기술은 반도체식 공정인 물리기상 증착법을 기반으로 제작하기 때문에 세라믹, 반도체 등 다양한 물질을 나노와이어의 유연 기판 위 제작에 활용 가능하며, 유연 트랜지스터, 열전소자 등 다양한 고성능 유연 전자소자 제작에 활발히 이용 가능할 것으로 기대된다.

 서민호 박사과정은 "물성이 향상된 나노와이어 물질을 유연 기판 위에 옮기고 이를 이용한 소자 수준의 성능 향상을 선보였다"며 "다양한 나노와이어 물질의 유연 기판 위 제작 및 고성능 웨어러블 전자 소자의 구현에 기반이 될 것"이라고 말했다.

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