다아라 매거진 _ 2018.05

기술뉴스

[Technical News]유연하고 투명한 생분해성 유기 광트랜지스터

웨어러블 기기, 생체공학 소재 개발 적용 기대

[Technical News]유연하고 투명한 생분해성 유기 광트랜지스터 - 다아라매거진 기술뉴스
제작된 유기 광트랜지스터의 카메라 사진 및 투과도


빛을 전기 신호로 변환하는 광트랜지스터에 유연함과 투명함 뿐만 아니라 친환경적 특성까지 더해졌다. 주병권 교수 및 박준수 박사과정 연구원(고려대학교), 서정훈 교수(뉴욕주립대학교), 전영민 박사(한국과학기술연구원) 국제공동연구팀이 셀룰로오스를 기반으로 생분해성 유기 광트랜지스터를 개발했다고 한국연구재단은 밝혔다.

유기 광트랜지스터는 사물인터넷 등에 광범위하게 적용될 수 있어, 그 중요성이 강조되고 있다. 그러나 독성 물질이나 불투명한 전극이 사용돼, 생체의료 기기에서의 활용이 제한적이다. 또한 버려지는 전자기기 폐기물에 의한 환경오염 문제가 대두되면서 자연 분해될 수 있는 전자소자 연구가 필요한 실정이다.

연구팀은 유연한 유기 광트랜지스터의 장점을 유지하면서 독성이 없고 자연 분해될 수 있는 친환경적인 광소자를 개발했다.

개발된 소자는 나무의 주성분인 셀룰로오스 소재를 기반으로 하여, 목재 부후균에 의해 분해된다. 기존의 독성 물질은 무독성 유기 반도체로 대체되었다.

또한 투명전극을 이용해, 빛의 투과도도 우수하다. 특정 색깔의 빛(적색, 녹색, 파란색)이나 백색광을 쬐었을 때 광전류가 발생하는 것이 확인돼, 광센서로의 기능도 입증됐다.

주병권 교수는 “이 연구는 유연하고 투명할 뿐 아니라 생분해가 가능한 친환경적인 광센서 소자를 개발한 것”이라며, “추후 다양한 형태의 곡면에서 고감도의 광 검출이 필요한 입을 수 있는 제품, 특히 생체공학 소재 개발에 사용될 수 있을 것으로 기대된다”라고 연구의 의의를 설명했다.

주 교수는 “이번 연구에서 사용된 폴리디메틸메타크릴레이트 절연물질은 낮은 유전상수의 특성을 보이기 때문에 상대적으로 높은 구동전압을 요구하고, 이는 전력소모 측면에서 실용화를 제한시킨다”며, “적절한 용매의 교체 또는 높은 유전상수(High-k) 물질과의 이중층(bilayer) 형성 등의 방법을 이용해 구동전압을 낮추는 것이 실용화를 위한 핵심이 될 것으로 보인다”고 언급했다.

그의 설명에 따르면, 나무로 만들어진 셀룰로오스 나노섬유(Cellulose Nanofibrillated Fiber, CNF) 기판, 저온에서 증착이 가능한 산화인듐아연(IZO) 투명 전극, 무독성의 펜타센(pentacene) 유기 반도체를 이용해 광트랜지스터 소자를 제작했다. 제작된 광트랜지스터의 투과도, 광반응 및 기계적 유연성 측정, 목재 부후균에 의한 생분해 특성 등 다양한 특성 평가와 결과 분석을 통해 성능을 입증했다.

그동안 독성물질 또는 불투명한 전극을 사용한 기존의 셀룰로오스 나노섬유 소재 기반의 전자소자는 생체 의학 분야의 응용이 제한돼 왔다. 무독성, 유연성, 투명성의 특성을 확보함으로 인해서 이러한 응용분야에 적용이 가능할 것으로 보인다.

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