초록 ▼

□ 연구개요
본 연구의 최종 목표는 광 에너지와 전위집중 전착공정을 이용하여 3차원 나노 페탈 어레이(Nano Petal Array)를 상온 대기압 하에서 제작하는 방법을 개발하고, 이 방법을 적용하여 응용 소자를 제작하는 가능성에 대해 탐구하는 것이다. 이를 위하여 본 연구는 다음과 같은 세 가지 세부연구목표로 구성한다.
(1) 액상에서의 레이저 융제공정을 이용한 나노 입자 제조
(2) 레이저 간섭 나노패터닝과 전위집중 전착공정을 이용한 3차원 나노 페탈 어레이 제작 공정 개발
(3) 3차원 나노 페탈 구조체

□ 연구개요
본 연구의 최종 목표는 광 에너지와 전위집중 전착공정을 이용하여 3차원 나노 페탈 어레이(Nano Petal Array)를 상온 대기압 하에서 제작하는 방법을 개발하고, 이 방법을 적용하여 응용 소자를 제작하는 가능성에 대해 탐구하는 것이다. 이를 위하여 본 연구는 다음과 같은 세 가지 세부연구목표로 구성한다.
(1) 액상에서의 레이저 융제공정을 이용한 나노 입자 제조
(2) 레이저 간섭 나노패터닝과 전위집중 전착공정을 이용한 3차원 나노 페탈 어레이 제작 공정 개발
(3) 3차원 나노 페탈 구조체로 구성된 전자소자 제작 및 응용

□ 연구 목표대비 연구결과
(1) 액상에서의 레이저 융제공정을 이용한 나노 입자 제조: 수용액 상태에서 금속, 세라믹 등 다양한 대상 물질에 레이저를 조사하여 융제공정을 통한 나노 입자를 제조하였으며, 레이저 융제공정시 레이저 조건과, 수용액 환경, 계면 활성제 등의 조절을 통하여 수 nm 수준의 나노입자를 생성하여 단순 분산된 콜로이드 용액을 제조하였다.
(2) 레이저 간섭 나노패터닝과 전위집중 전착공정을 이용한 3차원 나노 페탈 어레이 제작 공정 개발: 감광제 또는 금속 전구체 용액을 코팅하고 레이저 간섭 나노패터닝공정을 이용하여 저비용, 상온-대기압 공정을 통한 절연막 패터닝을 구현하였다. 융제공정을 통해 표면 전위가 적절히 조절된 콜로이드 나노입자 분산 용액을 절연막이 패터닝된 전극에 전기영동 전착하여, 전극의 일부분에만 전위가 집중되는 전위 집중 현상을 유도함으로써 이를 통해 3차원 나노 페탈 어레이 구조를 제작하였다.
(3) 3차원 나노 페탈 구조체로 구성된 전자소자 제작 및 응용: 제작된 3차원 나노 페탈 어레이 구조체를 표면 증강 라만 분광 기판, 광촉매 기판, 에너지 저장소자 등에 적용하여 그 성능을 평가하고, 고균일도, 고재현성, 저비용, 상온-대기압 공정으로 제작된 3차원 나노 구조체의 상용화 가능성을 평가하였다.

□ 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
공정 측면에서 본 연구에서 제시한 공정을 통해 저비용, 대기압 상태에서 재생산성(재현성)이 높고 대면적 생산이 가능한 3차원의 규칙적인 나노 페탈 구조를 제작함으로써, 광리소그래피 공정이 가지고 있던 비용적인 단점이나 공정상 제조가 어려운 3차원 형상을 자유롭게 형성 할 수 있다. 따라서 기존의 진공, 마스크, 다단계 공정을 대체하여 실제 산업에 적용 가능한 새로운 개념의 생산 공정을 개발을 기대할 수 있다.
또한, 개발한 공정을 기반으로 절연막의 패터닝 형상과 조건에 따라 독특한 3차원 나노 구조를 제작할 수 있어 다양한 3차원 나노 구조가 적용 가능하며, 금속이나 산화물, 탄소 계열 물질 등에 적용이 가능하기 때문에 재료의 특성에 따라 다음과 같이 다양한 분야로의 응용과 소자 성능 향상이 가능하다.
- 센서 분야: 본 연구의 공정으로 생성된 3차원 금속 나노 구조는 금속 표면의 플라즈몬 공명 현상을 이용하여 물질을 검출하는 SERS 또는 SPR 센서와 같은 플라즈모닉 센서로 쓰일 수 있다. 또한 나노 구조의 정밀한 조절이 가능함으로서 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용한 기존 플라즈모닉 센서보다 높은 성능을 기대할 수 있다.
- 광촉매 분야: 본 연구 내용을 이산화티타늄에 적용하여 광촉매로 쓸 수 있는데 이때 표면적이 넓은 가지 구조나 다공성 구조 또는 계층적 구조로 제작하고 이러한 구조의 주기적인 배열을 통해 효율 향상이 가능하다.
- 에너지 분야: 리튬이온 배터리에서 활물질에 본 연구를 적용하여 반응성이 높은 도전성의 3차원 나노 구조의 전극을 만들면 성능 및 효율이 뛰어난 배터리 전극으로 활용을 기대할 수 있다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 1차년도: 레이저 융제(Laser Ablation)에 의한 나노입자 제조공정 최적화 및 레이저 간섭나노패터닝과 액상 전위집중 전착공정을 통한 나노페탈 어레이 제조 공정 개발 ... 4
• 2) 2차년도: 금속 나노입자의 전위집중 전착 공정을 이용한 3차원 나노 페탈 어레이 제작 및 응용 ... 5
• 3) 3차년도: 금속 산화물과 그래핀 산화물의 전위집중 전착 공정을 이용한 3차원 나노 페탈어레이 제작 및 활용 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 1) 1차년도: 레이저 융제(Laser Ablation)에 의한 나노입자 제조공정 최적화 및 레이저 간섭 나노패터닝과 액상 전위집중 전착공정을 통한 나노페탈 어레이 제조 공정 개발 ... 6
• 2) 2차년도: 금속 나노입자의 전위집중 전착 공정을 이용한 3차원 나노 페탈 어레이 제작 및 응용 ... 7
• 3) 3차년도: 금속 산화물과 그래핀 산화물의 전위집중 전착 공정을 이용한 3차원 나노 페탈어레이 제작 및 활용 ... 7
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 8
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 8
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 9
• 3) 목표 달성 수준 ... 9
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 14
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 15
• 1) 공정적 측면 ... 15
• 2) 다양한 분야로의 적용 가능성 및 소자 성능 향상 측면 ... 15
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 16
• 1) 연구개발성과의 활용분야, 활용방안 ... 16
• 2) 추가연구의 필요성 및 타 연구에의 응용 ... 16
• 6. 참고문헌 ... 18
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 22
• 끝페이지 ... 37