초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 Layer-by-layer (LBL) 방법을 이용하여 액상 박리된 2차원 물질들을 다층 박막 구조로 형성하여 구조 및 특성을 조사하고, 이 다층 구조를 이용하여 상온에서 ppb 단위까지 검출가능한 고효율의 휴대용 투명 플렉서블 유기가스 (VOCs) 검출소자를 개발하는 것이다.

□ 연구 목표대비 연구결과
• 2차원 물질의 박리 크기 조절 및 적층구조 제작을 위한 LBL 방법 개발: 액상 박리법을 활용하여 크기가 조절된 2차원 물질인 MoS2, MoSe2 나노시트를 제작하였다. 또한, LB

□ 연구개요
본 연구는 Layer-by-layer (LBL) 방법을 이용하여 액상 박리된 2차원 물질들을 다층 박막 구조로 형성하여 구조 및 특성을 조사하고, 이 다층 구조를 이용하여 상온에서 ppb 단위까지 검출가능한 고효율의 휴대용 투명 플렉서블 유기가스 (VOCs) 검출소자를 개발하는 것이다.

□ 연구 목표대비 연구결과
• 2차원 물질의 박리 크기 조절 및 적층구조 제작을 위한 LBL 방법 개발: 액상 박리법을 활용하여 크기가 조절된 2차원 물질인 MoS2, MoSe2 나노시트를 제작하였다. 또한, LBL 자기조립 배열법에 의해 반복적인 증착에 의한 층 수가 다른 나노시트 박막을 제작하여 광투과도, 흡수도, 면 저항의 변화를 확인하였음.
• LBL법을 활용한 2차원 물질의 박막 및 소자 제작과 가스 검출능 평가: 제일원리시뮬레이션을 이용하여 2차원 물질의 VOC가스인 에탄올 분자의 표면 흡착의 경향성, 방향, 흡착에너지 계산을 통한 2차원 물질 표면의 흡착 방향, 위치를 확인하였음. 단층 박리된 그래핀의 적층에 의한 가스 센서를 제작하여 에탄올 가스 검출능이 상대적으로 우수함을 확인하였으며, 이는 많은 porous구조의 형성에 의함을 제안하였으며, VOC 가스 검출에 활용가능함을 보였음. 또한, 가스 농도에 따른 선형도, 검출 농도가 ppm 수준이며 반복 사용에 따른 안정성이 우수함을 보였음. 또한, LBL법에 의한 그래핀/MoSe2 이종접합구조의 박막을 제작하고, 가스 검출소자를 제작하여 에탄올 가스의 검출능을 평가한 결과, 단일 물질에 비해 검출능의 향상을 확인하였으며, 이는 MoSe2의 반응성, 그래핀의 우수한 전하이동도의 시너지 효과임을 제안하였음.
• 2차원 물질 박막 기반 투명 플렉서블 가스 검출 소자 제작/특성 분석: 스크린 프린팅 기법으로 플레서블 기판인 PET위에 LBL법을 이용한 그래핀/MoSe2 혼성 나노시트 증착에 의한 가스 센서 소자를 제작하였으며, 에탄올 가스의 검출 성능평가 결과, p-type 센서 특징을 보였으며, SiO2 기판에 제작한 센서와 유사한 검출 성능을 보임을 확인함. 한편, 가시광선 조사에 의한 센서 성능의 향상을 검증하였으며, 구부림에 의한 소자 안정성을 조사한 결과, 안정적으로 작동하며, 40일 이상의 장시간 사용에도 적합함을 증명하였음. 특히, 검출 한계는 20ppb로 에탄올 검출을 위한 유연 가스 검출소자로 활용이 적합함을 보였음.

□ 연구개발결과의 중요성
본 연구 결과는 다양한 분야에서 아직 해결하지 못한 문제점들의 해결에 도움을 줄 수 있을 것이며, 특히 이차원 소재의 가스 검출과정이 명확히 규명될 경우, 재료한 분야에서 다양한 유해 가스에 알맞은 소재를 실험적으로 제작하여 시험하는 대신 이론적으로 쉽게 예측하여 선정할 수 있을 것으로 예상된다. 또한, 적층 구조 박막에서의 에너지 밴드 구조의 변화와 이를 이용한 전자-정공쌍의 이동을 예측함으로써 광학 물리 분야의 기초 연구로 활용가능하며, 응용물리분야에서의 태양전지 효율 향상에도 기여할 것이 예상된다. 산업적 측면에서 본 연구 결과를 광소자 산업에 응용하여 플렉서블 디스플레이와 웨어러블 소자 등에 접목하여 실시간 유해 가스 모니터링이 가능할 것으로 기대된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• (1) 연구개발의 필요성 ... 3
• (2) 연구목표 ... 4
• (3) 연구범위 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• (1) 액상 박리 이차원 물질의 크기 제어 연구결과: ... 5
• (2) 크기 조절된 박리 2D 나노시트를 이용한 단층 박막 제작 연구결과: ... 5
• (2) 제일원리 시뮬레이션을 이용한 가스검출능 연구결과 ... 6
• (3) 단일층 2D 나노물질의 VOC 가스 검출능 연구 결과 ... 7
• (4) 다층 2D 물질의 COC 가스 검출능 연구 결과 ... 8
• (5) 투명 플레서블 기판에 2D 소재 적층구조 박막기반 가스 검출 소자 제작 연구결과: ... 9
• (6) 투명 플렉서블 가스 검출 소자의 가스 검출특성 분석 결과 ... 9
• (7) 투명 플렉서블 가스 검출 소자의 물리적/화학적 안정성 분석 결과: ... 11
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 11
• 4. 참고문헌 ... 11
• 5. 연구성과 ... 13
• 끝페이지 ... 13