보고서 정보
주관연구기관 |
연세대학교 Yonsei University |
연구책임자 |
이연진
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2016-06 |
과제시작연도 |
2015 |
주관부처 |
미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning |
등록번호 |
TRKO201700010247 |
과제고유번호 |
1711023500 |
사업명 |
신진연구자지원 |
DB 구축일자 |
2017-10-12
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키워드 |
광전자분광.역광전자분광.상태밀도.전자구조.계면형성.전도 에너지 갭.여기자 결합 에너지.전자소자.photoemission.inverse-photoemission.density of states.electronic structure.interface formation.DNA.transport gap.exciton binding energy.electronic device.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201700010247 |
초록
▼
□ 연구의 목적 및 내용
DNA 기반 물질의 (전자)상태 밀도이해에 기반한 전하전도 메커니즘 규명
• 역광전자분광 장치 구축 및 측정 신뢰도 확보
• 광전자분광 및 역광전자분광 측정: occupied 및 unoccupied 상태의 동시, 직접분석
• nucleobase (A, G, T, C), nucleoside, nucleotide로의 점진적/체계적 비교
• 상태밀도 함수의 이론 계산을 통한 DNA 기반 물질의 분자수준 이해
• 실험 결과 및 계산 결과를 통합하여, DNA 전자 구조와 전자 수송 메
□ 연구의 목적 및 내용
DNA 기반 물질의 (전자)상태 밀도이해에 기반한 전하전도 메커니즘 규명
• 역광전자분광 장치 구축 및 측정 신뢰도 확보
• 광전자분광 및 역광전자분광 측정: occupied 및 unoccupied 상태의 동시, 직접분석
• nucleobase (A, G, T, C), nucleoside, nucleotide로의 점진적/체계적 비교
• 상태밀도 함수의 이론 계산을 통한 DNA 기반 물질의 분자수준 이해
• 실험 결과 및 계산 결과를 통합하여, DNA 전자 구조와 전자 수송 메커니즘을 최종적으로 규명
□ 연구결과
DNA 기반 물질의 전자 소재 재료로의 활용도가 높아짐에 따라, DNA 기반 물질의 전하전도 특성 이해 및 활용을 위해 전하전도를 결정짓는 핵심 물리량인 전자 상태밀도를 분석하는 연구를 진행함.
• 광전자분광(PES): Occupied state의 상태밀도를 직접적으로 분석하는 광전자분광을 측정하여 HOMO(highest occupied molecular orbital)를 통한 전하전도 메커니즘을 밝힘.
• 역광전자분광(IPES): Unoccupied state의 상태밀도를 직접적으로 분석하는 역광전자분광을 측정하여 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital)를 통한 전하전도 메커니즘을 밝힘.
• 이론계산: DFT(Density functional theory)방법을 사용하여 분자의 에너지 레벨을 통한 DNA 기반물질의 상태밀도를 예측, 분석하였으며 분자의 각 부분이 전자 전도에 기여하는 바를 밝힘.
위 실험을 통해 작은 단위의 DNA 기반물질 부터 점점 복잡해지는 구조의 DNA 기반물질로의 전자 상태밀도 분석을 연차별로 진행함. 최종적으로 DNA의 전하전도 메커니즘을 DNA 구성요소 별로 규명.
• DNA base (1년차): DNA의 가장 기본 물질인 base의 각 물질의 상태밀도 분석을 통해 각 물질의 IE(Ioinization energy), EA(electron affinity)를 밝혔으며, purine계열의 물질(A,G)이 비교적 p-type 반도체의 성질을 지니고, pyrimidine 계열의 물질(T,C)이 비교적 n-type 반도체의 성질을 지닌다는 것을 밝힘.
• Nucleoside (2년차): DNA의 2차구조인 base와 당(sugar)이 결합한 nucleoside의 상태밀도 분석을 통해 base가 전자전도에 영향을 주는 에너지 레벨인 HOMO 및 LUMO에 주요하게 작용한다는 것을 밝혔으며, 이에 sugar가 전자구조에 미치는 영향을 분석함. 당의 영향으로 인해 IE, EA가 모두 감소하였으며 이의 원인을 이론계산을 통해 밝힘.
• Nucleotide (3년차): DNA의 3차구조인 base에 당 및 인산이 결합한 nucleotide의 상태밀도 분석을 통해 역시 base가 HOMO, LUMO에 주요 하게 작용하며, 인산이 IE와 EA 모두를 증가시키는 역할을 한다는 것을 밝힘.
□ 연구결과의 활용계획
해당 연구에서 밝힌 고체상태의 DNA 기반물질의 전자구조에 따라 다양한 유기전자 소자에서의 전자, 정공의 수송층 및 차폐층으로의 활용이 기대됨.
• 유기발광소자(OLED) : 열 증착이 가능한 base 물질을 OLED의 활성층과 전극 사이에 넣어 전자주입층 및 정공차폐층으로 활용. 전자주입 장벽을 낮추고 비방사 재결합을 줄여 유기발광소자의 발광 효율을 높여줄 것으로 보임.
• 유기태양전지(OPV) : DNA 기반 물질을 전자구조에 따라 정공수송층 및 전자수송층으로 활용, 전하 수송을 원활하게 해줄 뿐 만 아니라 수분 및 대기에 의한 손상을 방지하여 유기태양전지의 효율 및 수명을 늘릴 것을 기대함.
( 출처 : 요약문 4p )
Abstract
▼
□ Purpose&contents
Understanding the density of states of DNA-based materials and their transport mechanism.
• Install inverse photoemission spectroscopy system and secure the reliability of spectra
• Photoemission and inverse-photoemission: occupied/unoccupied simultaneous analysis
• St
□ Purpose&contents
Understanding the density of states of DNA-based materials and their transport mechanism.
• Install inverse photoemission spectroscopy system and secure the reliability of spectra
• Photoemission and inverse-photoemission: occupied/unoccupied simultaneous analysis
• Stepwise comparison from nucleobase (A, G, T, C), nucleoside to nucleotide
• Theoretical studies on density of states of DNA-based materials in a molecular level.
• Define the electronic structure and transport mechanism of DNA from combining experimental result and DFT calculation.
□ Result
Because the application of DNA material as electric device was rising, we carried out the research which analysis the density of state of DNA based material for understanding their transport mechanism.
• Photoemission spectroscopy(PES): We measure occupied density of states from photoelectron spectroscopy to reveal the transport mechanism throughout HOMO(highest occupied molecular orbital).
• Inverse photoemission spectroscopy(IPES): We measure unoccupied density of states from inverse photoelectron spectroscopy to reveal the transport mechanism throughout LUMO(lowest unoccupied molecular orbital).
• Theoretical calculation: Using DFT(Density functional theory) methode, We predict the density of states of the DNA based material from molecular energy level and study about the contribution of each molecule parts.
From this experiment, we conducted the analysis from small DNA base material to large and complex DNA based material. Finally define the transport mechanism of DNA basesd material and the impact of their parts
• DNA base (1st year): We defined the electronic structure of DNA base material including IE(Ioinization energy), EA(electron affinity), also find purine(A,G) have the properties of p-type semiconductor and pyrimidine (T,C) have the properties of n-type semiconductor.
• Nucleoside (2nd year): We researched the density of state of nucleoside which combine of base and sugar. we fined that the HOMO and LUMO level of nucleoside is dominated by the part of base. but sugar make both IE and EA decrease, we found the reason for this change from DFT calculation.
• Nucleotide (3rd year): We researched the density of state of nucleotide which combine of nucleoside and phosphate. we fined that the HOMO and LUMO level of nucleotide is also dominated by the part of base. and phosphate make both IE and EA increase, we found the reason for this change from DFT calculation.
□ Expected Contribution
From the electronic structure of DNA basesd material, we expect to application of this material at organic devices area as electron or hole transport layer.
• Organic light emitting diode(OLED) : From puting the DNA base between active later and electrode through thermal evaporation, we used DNA material as electron injection layer and hole blocking layer. it decrease electron injection barrier and non-radiative recombination, which increase luminance efficiency.
• Organic photovoltaics(OPV) : From appling DNA based material as hole and electron transport material, we expect that it enhance carrier transport and device stability from preventing moisture and air.
( 출처 : SUMMARY 5p )
목차 Contents
- 표지 ... 1목차 ... 2연구계획 요약문 ... 3연구결과 요약문 ... 4 한글요약문 ... 4 SUMMARY ... 5연구내용 및 결과 ... 6 1. 연구개발과제의 개요 ... 6 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 7 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 12 5. 연구결과의 활용계획 ... 14 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 15 7. 참고문헌 ... 15 8. 연구성과 ... 16 9. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 21 10. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 21 11. 기타사항 ... 22끝페이지 ... 22
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