초록 ▼

Ⅳ. 연구개발결과
• 실적
- 논문 : 32
- 특허 : 7
- 연구시설ㆍ장비 : 7

○ 1차년도
- 유도결합 플라즈마 (inductive coupled plasma)를 이용한 저온 합성법을 이용하여 플라스틱 기판 위에 직접전사가 가능한 플렉서블 센서를 개발하였다. (저온합성, 스트레인 센서)
- 구리위에 화학증기증착법을 이용하여 대면적의 그래핀을 합성 후 적층과정을 통해 그래핀을 플라스틱판에 전사하여 면저항~43 Ohm/sq, 투과도 ~89%의 유연하고 투명한 그래핀

Ⅳ. 연구개발결과
• 실적
- 논문 : 32
- 특허 : 7
- 연구시설ㆍ장비 : 7

○ 1차년도
- 유도결합 플라즈마 (inductive coupled plasma)를 이용한 저온 합성법을 이용하여 플라스틱 기판 위에 직접전사가 가능한 플렉서블 센서를 개발하였다. (저온합성, 스트레인 센서)
- 구리위에 화학증기증착법을 이용하여 대면적의 그래핀을 합성 후 적층과정을 통해 그래핀을 플라스틱판에 전사하여 면저항~43 Ohm/sq, 투과도 ~89%의 유연하고 투명한 그래핀 히터를 제작하였다. (그래핀 히터)
- 그래핀의 면저항을 개선하기 위해 그래핀과 강유전체(P(VDF-TrFE)를 이용한 하이브리드 구조를 제작하였다. 강유전체의 강한 도핑 효과를 바탕으로 100Ω/□ 정도의 면저항 특성을 보이는 유연하고 투명한 전극을 제작하였다. (전도도가 개선된 투명전극)
- 고온압축의 새로운 전사 방법을 도입하여 그래핀에 기계적 손상을 최소화하면서 원하는 기판으로 대면적의 그래핀을 전사하는 방법을 연구하였다. (전사방법 간소화)

○ 2차년도
- 그래핀의 전기화학적 특성을 실리콘 기판위에 다양한 전해질을 microinjection 하는 방법으로 상대적으로 간단하고 값싸게 측정하는데 성공하였다. 이는 간단히 마이크로단위의 전해질만으로도 그래핀의 특정 부분 전자 이동도를 컨트롤 할 수 있는 쉬운 접근법이다. (전기화학분석)
- 본 연구에서는 Raman spectrocopy 방법을 이용하여 h-BN위에 전사된 그래핀을 분석하여 기계적 압력이나 외부에서 도핑된 전하들이 미치는 광학적 특성변화를 관찰하였다. (기판에 따른 그래핀의 특성변화)
- 그래핀과 서로 다른 2D 물질로 이루어진 3D의 heterostructure FETT(field effect tunneling transistor) 소자를 제작하였다. (수직 타입의 field effect tunneling transistor)
- TMDC(transition metal dichalcogenides)를 광활성 물질로 사용하여 그래핀 투명전극 기반의 광전지를 개발하였다. (dichalcogenide기반의 thin film photovoltaics)

○ 3차년도
- 그래핀 양자점의 환원 정도를 달리하여 OPV(organic photovoltaics)의 광활성층에 적용하였다.(그래핀 양자점 기반의 OPV)
- UV-ozone 처리를 거친 그래핀은 일함수 조절이 가능하였고 PLED(polymer light emitting diode)의 투명전극으로 사용이 가능하였다. (ITO 대체 PLED)
- 유기화학반응으로 합성된 도펀트(APPE: Aminophenyl Propargyl Ether)를 이용하여 그래핀의 전기적 특성을 조절 하였다. (N-type 그래핀 투명전극)
- 동시 식각-도핑 용액제 개발 (P-type 그래핀 투명전극)
- 은이 코팅된 구리를 사용하여 기존의 합성 온도였던 1000도보다 낮은 900도에서 그래핀을 합성하였고 비교적 고품질의 균일한 그래핀을 얻을 수 있었다. (합금을 이용한 저온합성)
- 급속 열 화학기상 증착법 (Rapid Thermal Chemical Vapor Deposition)을 이용하여 고품질의 대면적 그래핀을 합성하였고, 상용되는 스마트폰 터치스크린에 적용하였다. (고속 그래핀 합성)
- 단층 그래핀으로부터 플라즈마처리를 거친 질소가 도핑된 그래핀 양자 시트(graphene quantum sheet)를 얻는 방법을 개발하였다. (그래핀 양자점 작용화)
- 질소 플라즈마를 처리함으로써 그래핀의 구조적 변화를 통해 단일촉매로써 큰 활동도를 확인하였다. (작용화된 그래핀의 촉매제로써의 역할)
- 단 층 그래핀에 양방향으로 n-type doping을 시켜 그래핀의 전도성을 대폭 향상시켰다. (안정적이고 강한 도핑방법제시)
- 그래핀과 그래핀 사이에 생기는 나노버블현상과 역할을 규명하였다 (나노버블에 대한 기초연구확립)
- 전자현미경을 이용한 생물학적 시료 관찰 시 금속코팅을 대체할 수 있는 그래핀 코팅 기술을 확보하였다. (그래핀의 분석도구로써의 기능)

○ 4차년도
- 그래핀의 물증기 투과율 측정을 통해 투명도가 높은 가스 베리어로서의 가능성을 확인 하였다.
- 플라즈마를 통해 질소가 도핑된 그래핀 양자점을 합성. 이를 기존의 실리콘 나노 와이러를 이용한 광전극의 수소생산에 이용하여 향상된 수소생산을 얻을 수 있었다.
- 그래핀의 가스 베리어 특징을 이용하여 그래핀 액체 셀을 제작하고 그 공간 안에서의 나고 기공의 거동 관찰 하였다.
- 기존의 롤투롤 기반의 그래핀 전사방법에 레이저 페터닝 기술을 도입하여 대면적 그래핀의 연속 전사와 패터닝 방법을 개발하였다.
- SrTiO₃ 특유의 상전이 효과를 이용하여 SrTiO₃ 기판 위에서 기판의 상전이에 따른 그래핀의 이상하적인 전자 이동을 확인 하였다.
- 자가점착필름을 이용하여 기존에 전사 방법에 한계였던 대면적 그래핀의 곡면 전사의 가능성을 제시하였다.

○ 5차년도
- 원 포트 합성법으로 그래핀과 비결정선 탄소의 선택적 성장 가능성과 금속-비금속 연결 접합의 성장을 확인하였다.
- 기존의 리튬-황 이온 전지에 그래핀 산화물을 코팅하여 장시간 순환하여도 안전한 리튬-황이온 배터리를 개발하였다.
- 기존의 리튬-황 배터리에서 그래핀 양자점의 산소 기능기들을 통해 황/황화물의 융해를 막고 안정성을 도모하였다.
- 그래핀과 그래핀 사이에 용액성으로 성장한 황화아연을 삽입한 샌드위치 구조를 통해 높은 효율의 자외선 꽝검출기를 제작하였다.
- 높은 분자량을 가지는 에틸렌 아민족을 통한 그래핀의 도핑효과를 통해 분자 구조가 그래핀의 전기적 성질에 어떤 영향을 미치는지 알아보았다.
- 공중합체로 정렬된 백금 입자들을 통해 대면적 그래핀의 구멍을 뚫어 변형률이 그래핀의 기계적 성질에 미치는 영향을 알아보았다.
- 전류에 의한 줄히팅이 기존의 상온에서 그래핀 구조에 어떤 영향을 미치는지 전기적인 한계선 아래까지 그 특성을 연구하였다.
- 표면 개질화된 그래핀 양자점을 기존의 폴리머들 사이에 삽입하여 고효율 유기 광발전 소자를 제작하였다.

(출처 : 요약문 4p)

Abstract ▼

Ⅱ. Purpose
Our research goal is contributed to create and characterize novel carbon-based 2D nanomaterials and their composites of innovative functions and properties by controlling structures in molecular level. Based on our joint research, we overcome limits of technologies up through not only

Ⅱ. Purpose
Our research goal is contributed to create and characterize novel carbon-based 2D nanomaterials and their composites of innovative functions and properties by controlling structures in molecular level. Based on our joint research, we overcome limits of technologies up through not only mechanic, chemical, and electro devices but also next generation display devices. Moreover, we invest simple manufacturing methods for 2D nanomaterials and their applications.

Ⅲ. Contents
Analysis and Enhancement of the semiconducting/electrode properties
- Atomic scale analysis of 2D Nanomaterials
- Functionalization of 2D Nanomaterials and its effect on semiconducting properties.
- Electrochemical modification of 2D Nanomaterials
- Work function modulation of 2D Nanomaterials (UPS/XPS/SPM)
- Optical properties of 2D Nanomaterials using Raman and IR
- Gas barrier properties of 2D Nanomaterials
- Mechanical properties of 2D Nanomaterials films
- Searching for efficient etching and transfer processes.
- Self-assembly properties of 2D Nanomaterials stripes and their hydrophobicity.

ReplacingSi/ITObasedmaterials
- Functionalization of 2D Nanomaterials and its effect for solar-cell electrode.
- Electrochemical modification of 2D Nanomaterials
- Work function modulation of 2D Nanomaterials
- Optical properties of graphene using Raman and IR.
- Multilayer stacking and chemical doping effect on electronic properties
- Fabrication of 2D Nanomaterials -based FET-Arrays replacing Si
- 2D Nanomaterials -based OLED/LED/LCD convergence devices.
- 2D Nanomaterials Solar Cell, Fuel Cell electrodes
- 2D Nanomaterials Barrier and Encapsulation
- Chemical/Biological functionalization of 2D Nanomaterials
- 2D Nanomaterials -based refractive sensor
- High-frequency signal transfer/noise filters

Replacing Si/ITO based materials for convergence devices
- 2D Nanomaterials -based MALDI matrix for high-resolution mass spectrometry
- 2D Nanomaterials -based laser mode-locker
- 2D Nanomaterials -based TEM / SERS analysis methods for organic molecules

IⅤ. Expected Contribution
Due to the outstanding electrical/physical properties in lithography pattering and circuit design, 2D nanomaterials are expected to replace Si-based technology in the future. In addition, 2D nanomaterials film also can replace transparent electrodes for solar cells and displays. Therefore, the 2D nanomaterials research through this project will not only give large impact on Korean industry but enhance the international competitiveness in the area of nanoscience and nanotechnology.

(출처 : SUMMARY 7p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 2
• 요 약 문 ... 3
• SUMMARY ... 7
• CONTENTS ... 8
• 목차 ... 9
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 11
• 1절. 국내외 관련 분야의 환경변화 ... 11
• 2절. 국제공동연구개발 계획 ... 12
• 1.추진배경 및 성공가능성 ... 12
• 2.상대국 공동연구기관 및 공동연구책임자의 실적․연구능력 ... 13
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 14
• 1절. 국내수준 ... 14
• 2절. 국외수준 ... 14
• 3절. 선행연구의 내용 및 결과 ... 16
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 17
• 1절. 연구개발성과 ... 17
• 2절. 특허성과 ... 67
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 69
• 1절. 2011년 (1단계) ... 69
• 1. 연구개발목표 달성도 ... 69
• 2. 목표달성도에 대한 자체평가 ... 69
• 3. 해외기관과의 공동연구 성과 ... 69
• 2절. 2012년 (2단계) ... 72
• 1. 연구개발목표 달성도 ... 72
• 2. 목표달성도에 대한 자체평가 ... 72
• 3. 해외기관과의 공동연구 성과 ... 73
• 3절. 2013년 (3단계) ... 75
• 1. 연구개발목표 달성도 ... 75
• 2. 목표달성도에 대한 자체평가 ... 75
• 3. 해외기관과의 공동연구 성과 ... 76
• 4절. 2014년 (4단계) ... 77
• 1. 연구개발목표 달성도 ... 77
• 2. 목표달성도에 대한 자체평가 ... 77
• 3. 해외기관과의 공동연구 성과 ... 78
• 5절. 2015년 (5단계) ... 79
• 1. 연구개발목표 달성도 ... 79
• 2. 목표달성도에 대한 자체평가 ... 79
• 제5장 연구개발성과의 활용계획 ... 80
• 1절. 연구개발결과의 활용방안 ... 80
• 2절. 기대성과 ... 80
• 1. 기술적 측면 ... 80
• 2. 경제적·산업적 측면 ... 80
• 3. 연차별 기대효과 및 개선방향 ... 81
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 83
• 제7장 연구시설·장비 현황 ... 84
• 제8장 참고문헌 ... 84
• 끝페이지 ... 86