보고서 정보
주관연구기관 |
서울대학교 Seoul National University |
연구책임자 |
박수영
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2018-07 |
과제시작연도 |
2017 |
주관부처 |
과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
과제관리전문기관 |
한국연구재단 National Research Foundation of Korea |
등록번호 |
TRKO201900024324 |
과제고유번호 |
1711048455 |
사업명 |
개인기초연구(미래부) |
DB 구축일자 |
2020-08-15
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키워드 |
분자 전자 재료.초분자 전자 재료.유기 광전자 재료.나노 구조체.나노 선.π-결합 분자.광전자 소자.molecular electronics.supramolecular electronics.optoelectronics.nanostructure.nanowire.π-conjugated molecule.optoelectronic device.
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초록
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연구목표
본 연구는 기존의 수동적 집적화 또는 1차 기능성(단분자의 광ㆍ전자 기능성)에 머물러 있는 광ㆍ전자 기능성 유기물질의 한계를 극복하여 신개념의 초분자광전자재료를 탐색하는 것을 목표로 한다. 구체적으로는 광ㆍ전자 기능단의 상호작용을 조절하여 발전된 다차 기능성-1차기능성 + 2차기능성(분자 간 상호작용에 의한 광ㆍ전자 기능성)-을 가지는 초분자 광전자 재료를 획득함을 목표로 한다. 또한 습득된 이론적 지식을 바탕으로 공간적 배열과 기능단 간의 상호 작용에 대한 예측모델을 제시하며, 궁극적으로는 탑-다운 및 바텀-업 방식
연구목표
본 연구는 기존의 수동적 집적화 또는 1차 기능성(단분자의 광ㆍ전자 기능성)에 머물러 있는 광ㆍ전자 기능성 유기물질의 한계를 극복하여 신개념의 초분자광전자재료를 탐색하는 것을 목표로 한다. 구체적으로는 광ㆍ전자 기능단의 상호작용을 조절하여 발전된 다차 기능성-1차기능성 + 2차기능성(분자 간 상호작용에 의한 광ㆍ전자 기능성)-을 가지는 초분자 광전자 재료를 획득함을 목표로 한다. 또한 습득된 이론적 지식을 바탕으로 공간적 배열과 기능단 간의 상호 작용에 대한 예측모델을 제시하며, 궁극적으로는 탑-다운 및 바텀-업 방식을 통하여 구체적으로 적용이 가능한 나노 구조체를 구현하고 소자화 하는 연구를 진행한다.
연구개발내용
본 연구단은 다음의 세 가지의 연구 주제를 바탕으로 한 연구를 진행하였다.
1. 고기능성 광ㆍ전자 분자 기능단의 능동적 집적화 및 2차 신기능성 탐색: 분자 설계, 양자화학방법적 예측, 정밀 유기 합성을 통한 분자 광ㆍ전자 기능성의 융합화가 기본적인 연구 방법이며, 여기에 포함될 광ㆍ전자 기능단은 신기능성 형광, 인광, 광변색 유닛과 전도성, 안정한 라디칼, 좁은/넓은 밴드갭 유닛 등을 포함한다. 본 연구단에서 지속적으로 연구해오고 있는 자기조립 등의 바텀-업 방법과 리소그래피 등의 탑-다운 방법을 독립적 또는 동시에 적용하는 능동적 집적화를 통하여 기능단의 집적화를 통한 나노스케일의 1차 기능성 감쇄 효과 억제 및 2차 신기능성 도출을 목적으로 한다.
2. 분자 내, 분자 간 광ㆍ전자 기능단의 상호 작용 이해 및 2차 신기능성을 위한 조절 변수 확보: 1단계를 통해 도출될 집적화에 대한 1차 기능성 변화 거동과 2차 신기능성에 대한 이론적이고 실증적인 조절 변수들을 확보하고 이 변수들의 상호 작용 효과를 도출한다. 상호 작용 조절 변수는 4종류로 구분하여 (① 기능단 내 변수: 공유 결합을 이용하는 기능단 구조, 공간 배열, 상호 방향, 오비탈 간섭 등의 양자화학적 조절 변수, ② 기능단 간 변수: 기능단간 상호 작용을 유도하는 브릿지 유닛의 구조, 기능단의 개수, ③ 외부 변수: 온도, 용매, pH 등의 집적화에 관련한 외부 조절 조건, ④ 후처리 조건: 열처리 등) 각 변수들을 정의하고 정량적 상호 관계를 파악한다. 그리고 이를 바탕으로 각 변수들을 적용하는 데에 따른 예측 모델 확립 및 기능성과의 상관관계를 분석한다.
3. 광ㆍ전자 기능성의 응용 등 소자화 연구: 2단계를 통해 확보된 재현성 있고 고효율의 광ㆍ전자기능단 상호 조절 기술을 바탕으로 실질적인 적용이 가능한 나노 구조체를 구현하여 신기능 신개념의 초분자 광전자 소자화 기초연구를 진행한다.
연구개발 성과
본 연구단은 신기능성, 고기능성 초분자 광ㆍ전자 소자 제작을 목표로 다차 (1차 + 2차) 광ㆍ전자 기능성 초분자체의 개발 및 소자화 연구를 진행하였다. 일련의 창의적 연구과정을 토대로 높은 전하 이동도를 가지는 단결정성 초분자 유기 나노선의 제작, 유기물의 전도성 한계를 극복한 초분자 공축 나노 케이블 및 전장 발광 트랜지스터 개발, 높은 전하 이동도를 갖는 단결정성 초분자 n형 유기 트랜지스터 개발, 높은 발광 대조비를 갖는 외부 자극 감응형 발광 메모리 시스템 개발, 신개념의 광ㆍ전자 기능성 전하전이형 공결정 복합체의 개발, 에너지 전이 현상의 완벽한 제어를 바탕으로 백색 단일 발광분자 및 분자 픽셀의 개발, 이리듐 인광성 착체를 활용한 친환경적 수소 생산을 위한 광증감 촉매시스템의 개발, 비풀러렌계 전자 받개 물질의 개발을 통한 고효율의 유기 태양 전지 소자 개발 등 다양한 광ㆍ전자 기능성 초분자체 및 소자 개발의 성과를 이룩할 수 있었다.
활용 계획 및 기대효과
(응용분야 및 활용범위 포함)
본 연구단에서 제안하는 초분자 광전자 재료에 대한 연구는 ‘다중 기능화된 유기 분자의 능동적 집적화 방법’을 통해 집합체 상태에서 광ㆍ전자 기능단 간의 상호 작용을 통한 2차 광ㆍ전자 기능성을 도출하고, 이의 효율적인 응용을 위한 각 변수 사이의 상관성 분석 빛 최적화를 토대로 최종적인 유기 나노 광전자 소자의 구현을 목표로 한다. 이러한 접근 방식은 ‘광ㆍ전자 특성을 가지는 유기 신물질 합성 및 분석’ ‘형태에 중점을 둔 초분자 합성 및 분석’ ‘유기 나노 소자 제작 및 평가’의 전통적인 독립적 연구 분야들의 포괄적인 연구 내용을 방법론으로 하여 각 분야 사이의 상보적인 연구 진행을 지향하게 된다. 따라서 다양한 광ㆍ전자 기능성 유기 분자의 집합체 상태의 합성을 통한 분자 간 상호작용에 의해 광ㆍ전자 특성 변화를 지배하는 포괄적인 해석과 응용 가능성 제시는 분자수준에 제한되어 온 광ㆍ전자 기능성 유기물 연구에 돌파구를 제시하고 관련 연구 분야의 개척에 크게 기여할 것이다.
(출처 : 요약문 4p)
Abstract
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Purpose
This project aims at developing optoelectronic (photonics & electronics) materials forming high performance and novel functionality molecular nanostructures. By controlling molecular interactions among specifically functionalized molecules through a combined approach of top-down and botto
Purpose
This project aims at developing optoelectronic (photonics & electronics) materials forming high performance and novel functionality molecular nanostructures. By controlling molecular interactions among specifically functionalized molecules through a combined approach of top-down and bottom-up nano fabrication methods, advanced and innovative secondary functionalities together with their well-predictable models are to be pursued for application in revolutionary nano photonics/electronics devices.
contents
The title project, 'Supramolecular Optoelectronic Materials', involves following three research subjects and stages.
1. Active integration of functional photonic/electronic molecular moieties and search for advanced photonic/electronic properties associated with supramolecular interaction: this comprises molecular design, quantum chemical prediction, organic syntheses, and bottom-up as well as top-down methods to fabricate functional nano structures. As for the photonic/electronic moieties, luminescent, photochromic, semi-conducting, stable radical, small/large bandgap units are considered. Finally, parallel and complementary approaches of nano fabrication methods are cooperatively exploited to realize advanced photonic/electronic properties from the well-organized integrated states.
2. Supramolecular interactions among intra- and intermolecular functional units and quantitative investigation for their governing parameters: this comprises acquisition of control parameters for the secondary properties in the nano-supramolecular structures, and finding the relationship between the governing parameters. The parameters could be categorized to intra-functional unit parameters, intermolecular parameters, external stimuli, and post-treatment conditions. The final objective in this stage is to derive a governing equation(or design rule) describing the intermolecular photonic/electronic behaviors.
3. Realization of nano photonics/electronics devices: in this stage, the work includes fabrication of reliable and highly efficient nano photonics/electronics devices based on supramolecular nano structures with advanced secondary properties which are controllable through the design rule obtained during the second stage work.
Developement results
We have developed ‘Supramolecular Optoelectronic Materials’, showing extremely high performance and novel functionality. Based on a series of creative research protocol, variety of supramolecules and supramolecular devices, such as single-crystalline supramolecular organic nanowires with high charge-carrier mobility, all-organic coaxial nanocable with unprecedentedly high electrical conductivity and light-emitting-transistor behavior, high-performance n-type organic semiconductors for organic field-effect transistors, stimuli-responsive high contrast fluorescence switching systems for optical memory devices applications, charge-transfer complexes with novel optoelectronic functionalities, white-light-emitting molecule and molecular pixel based on frustrated energy transfer process, robust iridium (III) photosensitizers for highly efficient photocatalytic water reduction, non-fullerene electron acceptors for highly-efficient organic solar cells applications, and etc., have been successfully developed in this work.
Expected Contribution
The final goal of the title project, 'Supramolecular Optoelectronics Materials', is to development new and advanced secondary photonic/electronic properties from suparmolecular nanostructures. This is a new concept to overcome present problems of unexpected and disruptive interactions of the interfunctional moieties in obtaining photonics/electronics devices.
This work will allow us to comprehensively understand the supramolecular interaction of the interfunctional moieties, and finally lead us to utilize new and advanced secondary photonic/electronic properties which are manifested in the well-organized nanostructures.
Furthermore, the organic materials, which are developed through this project, will provide a revolutionary novel concepts in the fields of next-generation nano photonics/electronics devices such as organic memories, OLEDs, organic solar cells, organic field-effect transistors, and light-emitting transistors. In this regard, it is expected that the title project will provide a new meaningful breakthrough in such fields and also contribute to the development of related science and engineering.
(출처 : SUMMARY 5p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 목차 ... 2
- 연구계획 요약문 ... 3
- 연구결과 요약문 ... 4
- 한글 ... 4
- SUMMARY ... 5
- 연구내용 및 결과 ... 6
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 10
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 12
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 29
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 36
- 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 36
- 7. 대표적 연구실적 ... 38
- 8. 참고문헌 ... 39
- 9. 연구성과 ... 43
- 10. 연구기자재 현황 및 활용 ... 183
- 11. 기타사항 ... 184
- [별첨1] 대 표 연 구 성 과 ... 185
- 끝페이지 ... 195
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