초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 과제에서는 특정한 나노 구조에 의해서 색상을 갖는 생명체의 특성을 모방하여 다양한 형태의 구조색 및 색변화를 포함한 기능성 나노 구조를 제작하며 대면적의 일정한 나노 구조를 효율적으로 제작하기 위한 독창적인 기반 기술을 연구한다.

■ 단일 구조색을 갖는 다양한 생명체의 나노 구조 특성을 파악 및 광결정 구조 설계를 위한 광밴드갭의 이론적 해석을 수행하고, 자기조립을 기반으로 새롭게 제시되는 공정에 의한 구조색의 제작 가능성을 확인한다.

■ 복합 구조색을 갖는 생명체의 광결정 특

연구의 목적 및 내용
본 과제에서는 특정한 나노 구조에 의해서 색상을 갖는 생명체의 특성을 모방하여 다양한 형태의 구조색 및 색변화를 포함한 기능성 나노 구조를 제작하며 대면적의 일정한 나노 구조를 효율적으로 제작하기 위한 독창적인 기반 기술을 연구한다.

■ 단일 구조색을 갖는 다양한 생명체의 나노 구조 특성을 파악 및 광결정 구조 설계를 위한 광밴드갭의 이론적 해석을 수행하고, 자기조립을 기반으로 새롭게 제시되는 공정에 의한 구조색의 제작 가능성을 확인한다.

■ 복합 구조색을 갖는 생명체의 광결정 특징과 다양한 크기의 입자들을 복합 또는 적층하는 멀티스케일 광결정의 설계 및 이를 자기조립 기반하여 새롭게 제시된 방법으로 대면적으로 제작하여 특성을 확인한다.

■ 색변화 구조색을 갖는 다양한 생명체의 광결정 특성 및 구조를 파악하여 습도, 온도, 압력 등의 요소에 따라 색변화 할 수 있는 광결정 구조 개발, 제시 된 방법으로 자기 조립에 의한 대면적 구조색의 효율적 제작을 위한 기반 연구 수행한다.

연구결과
자료 조사 및 연구를 통하여 단일, 복합 및 색변화 형태의 구조색 특성을 갖는 다양한 생명체를 조사하였으며 각 특이 구조색에 따른 광결정 특성을 연구하였다. 광결정과 이로부터 동반될 수 있는 구조색 이론 및 본 과제에서 제시하는 자기조립 제작 방법에 기초하여 단일, 복합 및 색변화 구조색의 목적별로 적합하며 효율적이라 판단되는 다양한 형태의 광결정의 구조를 설계하였다.

설계된 단일, 복합 및 색변화 구조색을 갖는 광결정 중 일부를 선정하여 각 형태를 목적으로 새롭게 제시한 자기조립 기반 제작방법을 적용하기 위한 적용 및 제작 연구를 진행하여 단일, 복합 및 색변화 구조색을 갖는 광결정을 제작하였다. 목적에 따라 특정 생명체를 모방하여 제작된 다양한 형태의 광결정들은 초기에 설계 및 목적한 구조색 특성이 효과적으로 반영되는 것을 시각적, 이론적 및 실험적 스펙트럼 결과로부터 확인할 수 있었다. 특정 생명체의 색변화 구조색을 모방하도록 제작된 광결정은 생명체와 유사한 경향의 광결정 특성을 보일 수 있도록 의도적으로 설계하여 제작하였음에도 동일한 특성을 갖으며 요소 변화에 따라 유사한 광학적 특성, 반응성 및 내구성을 보임을 확인하였다.

또한 제시한 제작 방법으로 광결정 제작 시 발생했던 결함의 특성을 확인하고 원인을 분석하여 해결책을 효과적으로 제시하였으며, 결함을 완화시킴은 물론 기존 자기조립법으로 제작된 광결정들의 문제로 인식되는 내구성 또한 월등히 향상시킬 수 있음을 확인하였다.

추가적으로 결함 및 두께에 예민하지 않은 분야로의 적용을 위한 효율적인 대면적의 광결정 제작을 위한 또 다른 제작 방법을 제시하여 그 가능성을 확인하였으며, 추가 실험 및 개선 내용이 필요하지만 관련 분야에 효과적으로 활용될 수 있음을 확인하였다.

연구결과의 활용계획
■ 생체모방 구조색 분야는 휴대폰 및 자동차와 같은 첨단 소비재의 외장재로 활용될 수 있으며 광결정 공정 기술은 차세대 디스플레이, 광전자소자, 바이오센서, 태양전지 및 LED와 같은 그린에너지 효율화, 발광소자, 에너지 전달소자, 잉크, 코팅, 식품분야, 환경센서, 농축산, 군사 분야 등의 다방면의 응용을 보이고 있는 미래 원천기술이다.

■ 생체모방형 대면적 광결정 구조의 개발 및 생산에 관련된 연구는 세계적으로도 기초적인 연구 수준에 머무르고 있지만 이를 해결해야할 핵심적인 문제를 본 과제를 통해서 해결함으로서 세계적인 학술지 논문 게제 및 원천 기술 특허를 확보함으로써 과학 기술적으로 측면으로 국내외적으로 매우 큰 파급 효과를 일으킬 수 있다.

(출처 : 한글요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose&contents
In this research, various types of functional nanostructures which could show structural colors by mimicking charateristics of lives with structural colors through periodic nanostructures. Also, tunable colors are fabricated and creative base technologies is researched in order t

Purpose&contents
In this research, various types of functional nanostructures which could show structural colors by mimicking charateristics of lives with structural colors through periodic nanostructures. Also, tunable colors are fabricated and creative base technologies is researched in order to build large area of periodic nanostructures effectively.

- we figure out the characteristics of lives' nanostructures with mono structural color and study theoretical analysis of photonic bandgaps to design photonic structures. furthermore, we verify which the photonic crystals could be built through the newly purposed manufacturing process with self-assembly.

- we design multi-scale mono or complex photonic crystals using different sized particles and characteristics of lives' photonic crystals with complex structural colors, which is used to fabricate large-area photonic crystals in newly purposed method based on self-assembly, and study these characteristics.

- we fabricate tunable photonic crystals dependent on components, such as humidity, temperature, and pressure, figuring out the characteristics and structure of photonic crystals of various lives with tunable colors. Through this method, we study efficient fabrication of large-area photonic crystals with self-assembly.

Result
Firstly, we investigate various organisms with mono, complex and tunable structural colors and characteristics of photonic crystals through each peculiar structural color in paper review. Based on the related principles and the suggested method, we design the various photonic structures satisfying the goals which mono, complex and tunable structural color are targeting and being determined efficiently.

Next, we study how to make photonic crystals applying characteristics of the photonic structures designed in mono, complex and tunable structural color by suggested method and build those structures. And the fabricated structures, made with purpose, mimicking specific organisms is verified that those structures reflect the purposed structural characteristics and design through the optical, theoretical and empirical-spectrometric-results. Photonic crystals mimicking tunable structural colors of specific organisms is designed to show the similar characteristics of these photonic structures artificially and it is verified that the intended structures have the similar, optical characteristics, reactivity and durability depending on the components.

Also, we analyze the reasons of defects as building the photonic crystals with suggested method and suggest the solution on the defects. We figure out the enhanced durability noted as critical problems of artificial photonic crystals with self-assembly as well as alleviate the defects.

Besides, we suggest another fabrication process to build large-area photonic crystal effectively which could be applied to the field with lowly sensitive to the thickness and defects of photonic structures. Though additional improvements of the method and experiments on fabricating photonic crystals are required, we verify the possiblity to applying in related fields.

Expected Contribution
- Biomimetic structural color field could be applied to the exterior panel of high-tech products, such as cell phone and automoblie. Manufacturing process on photonic crystals is future fundamental technology featuring next generation display, optoelectronic device, bio-sensor, green energy efficiency such as solar cell and LED, light-emitting diode, energy-transferable device, ink, coating, nutrition field, environmental sensor, agriculture and stockbreeding, and military service.

- Research on developments and mnufacture of Biomimetic large-area photonic crystals is basic stage worldwidely for now. However, we resolve the critical obstacles on fabricaiting photonic crystals through this project. Therefore, we get fundamental technology patents and submit this technology to journal and it could make a ripple effect on science technology abroad.

(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 ... 21 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 28 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 232 5. 연구결과의 활용계획 ... 234 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 235 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 255 8. 참고문헌 ... 256 9. 연구성과 ... 263 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 269 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 270 12. 기타사항 ... 273 별첨1 ... 274별첨1 ... 274별첨2 ... 279끝페이지 ... 285