초록 ▼

□ 연구개요
본 과제에서는 바이오와 재료전자공학의 융합을 통하여 새로운 형태의 자가유지형(self-sustainable), 대면적(large area), 플렉서블(flexible) 유기물 반도체를 개발하였다. 고효율 에너지 추출이 가능한 탄소나노재료를 활용하여 광합성 기반의 미생물에너지를 통해 구동되는 새로운 개념의 세포결합 유기반도체 소자 개발을 하였다. 우선 그래핀 기판과 탄소나노튜브 기반의 나노재료를 하이드로젤 세포패치에 포획하여 미생물에너지를 구성하고, 이때 발생하는 고에너지의 전자를 이용하여 고효율 유기반도체 소자를

□ 연구개요
본 과제에서는 바이오와 재료전자공학의 융합을 통하여 새로운 형태의 자가유지형(self-sustainable), 대면적(large area), 플렉서블(flexible) 유기물 반도체를 개발하였다. 고효율 에너지 추출이 가능한 탄소나노재료를 활용하여 광합성 기반의 미생물에너지를 통해 구동되는 새로운 개념의 세포결합 유기반도체 소자 개발을 하였다. 우선 그래핀 기판과 탄소나노튜브 기반의 나노재료를 하이드로젤 세포패치에 포획하여 미생물에너지를 구성하고, 이때 발생하는 고에너지의 전자를 이용하여 고효율 유기반도체 소자를 구현하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
유기반도체 소자를 위한 구동전압을 얻기 위하여 그래핀 기판과 탄소나노재료를 고밀도 하드드로젤 기반의 세포에너지패치에 집적하고, 이를 바탕으로 고밀도, 고에너지를 유기반도체 소자에 전달할 수 있는 반도체 소자를 개발하였다.

1) 그래핀(graphene) 기판과 탄소나노튜브(carbon nanotube) 기반의 탄소나노재료를 이용하여 최적화된 물질전달을 구현하고 최적의 광합성량을 유지하면서 용이한 전극으로의 전자전달을 바탕으로 고효율 에너지를 추출하였다.
2)탄소나노재료와 하이드로젤(hydrogel) 세포패치에 포획(trap)되어 있는 조류세포(algae)의 광합성 과정 중 발생하는 미생물 고에너지의 전자를 추출하여 기존 세포기반 전지에 비하여 에너지 밀도가 높은 새로운 바이오에너지를 생산하였다.
3)광합성 과정 중 발생한 고에너지의 전자를 활용하고, 교체 가능한 세포에너지 패치를 이용하여 자가유지형, 대면적, 및 플렉서블 세포결합 유기반도체 소자를 제작하였다.

□ 연구개발결과의 중요성
본 연구에서는 버려지는 미생물의 광합성 과정에서 발생하는 전자를 수확하여 외부 전원공급 없이 자가 구동할 수 있는 친환경 미생물 유기반도체 소자를 연구하였다. 이를 위해 탄소나노재료를 광합성 조류세포에 적용하여 고밀도, 고에너지 전자를 추출하고 세포에너지패치를 유기반도체 소자에 집적하여 새로운 형태의 플렉서블 자가유지형 유기반도체 소자를 제작하였다. 하이드로젤 내에 고밀도로 포획된 세포로부터 직접 추출된 바이오에너지는 유기트랜지스터 구동에 활용될 수 있었다. 기존 유기물 반도체와 다음의 차별성을 가지고 있었다.
● 플렉서블(all-flexible) 바이오에너지 공급소자
● 고에너지 전자 활용
● 자가유지형(self-sustainable)
● 친환경에너지(clean energy)

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구개발의 필요성 ... 4
• 나. 연구의 최종목표 ... 4
• 다. 연구범위 및 수행방법 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 1) 세포에너지패치 개발 ... 5
• 2). 세포에너지패치의 전기적 특성 평가 ... 6
• 3). 모델링 해석 ... 7
• 4). 미생물에너지 소자가 결합된 유기트랜지스터 ... 7
• 5). 유기반도체 소자의 구동특성 평가 ... 8
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 8
• 참고문헌 ... 9
• 5. 연구성과 ... 10
• 끝페이지 ... 25