주병권 교수팀, 유연하고 투명한 생분해성 유기 광트랜지스터
웨어러블 기기, 생체공학 소재 개발 적용 기대돼 

▲ 공과대학 전기전자공학부 주병권 교수

빛을 전기 신호로 변환하는 광트랜지스터에 유연함과 투명함 뿐만 아니라 친환경적 특성까지 더해졌다.

고려대 주병권 교수 및 박준수 박사과정 연구원은 서정훈 교수(뉴욕주립대), 전영민 박사(한국과학기술연구원) 국제공동연구팀과 함께 셀룰로오스를 기반으로 생분해성 유기 광트랜지스터를 개발했다.

* 유기 광트랜지스터 : 유기물 반도체 물질을 사용하여 빛을 전기 신호로 변환하는 광소자

유기 광트랜지스터는 사물인터넷 등에 광범위하게 적용될 수 있어, 그 중요성이 강조되고 있다. 그러나 독성 물질이나 불투명한 전극이 사용되어, 생체의료 기기에서의 활용이 제한적이다. 또한 버려지는 전자기기 폐기물에 의한 환경오염 문제가 대두되면서 자연 분해될 수 있는 전자소자 연구가 필요한 실정이다.

개발된 소자는 나무의 주성분인 셀룰로오스 소재를 기반으로 하여, 목재 부후균에 의해 분해된다. 기존의 독성 물질은 무독성 유기 반도체로 대체되었다.

또한 투명전극을 이용하여, 빛의 투과도도 우수하다. 특정 색깔의 빛(적색, 녹색, 파란색)이나 백색광을 쬐었을 때 광전류가 발생하는 것이 확인되어, 광센서로의 기능도 입증됐다.

연구를 담당한 주병권 교수는 “이 연구는 유연하고 투명할 뿐 아니라 생분해가 가능한 친환경적인 광센서 소자를 개발한 것”이라며, ”추후 다양한 형태의 곡면에서 고감도의 광 검출이 필요한 입을 수 있는 제품, 특히 생체공학 소재 개발에 사용될 수 있을 것으로 기대된다“라고 연구의 의의를 설명했다.

이 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(중견연구자) 지원으로 수행됐으며 나노분야 국제학술지 첨단광학소재(Advanced Optical Materials)지 뒤표지논문으로 5월 7일 게재됐다.

* 논문명 : 생분해성의 셀룰로오스 나노 섬유 기판 위에 구현된 유연하고 투명한 광 트랜지스터 (Flexible and Transparent Organic Phototransistors on Biodegradable Cellulose Nanofibrillated Fiber Substrates)
* 저자 : 주병권 교수(교신저자, 고려대학교), 전영민 박사(교신저자, 한국과학기술연구원), 박준수(제1저자, 고려대학교), 서정훈 교수(제1저자, 뉴욕주립대학교-버팔로), 염승원(고려대학교), 춘후아 야오(Chunhua Yao, 위스콘신-매디슨 대학교), 비나 양(Vina W. Yang, 미국 산림연구소), 지용 카이 박사(Zhiyong Cai, 미국 산림연구소)

[ 그 림 설 명 ] 

(그림1) 제작된 유기 광트랜지스터의 카메라 사진 및 투과도 
(a) 유기 광트랜지스터 소자의 구조 모식도(b-c) 제작된 소자가 시각적으로 투명하고 기계적인 굽힘에 대해 유연함을 보여주는 사진(d) 가시광선 영역에서의 투과도
본 연구에서 제작된 유기 광트랜지스터 소자는 시각적으로 투명하고 반경 5 mm의 기계적인 굽힘에 대해서 유연함을 보인다. 또한, 가시광선 영역에서 전극 물질을 금(Au)을 사용했을 때보다 약 28% 높은 70.4%의 우수한 투과도를 보인다.

(그림2) 갈색 부후균에 의한 소자의 생분해 과정
제작된 유기 광트랜지스터를 목재 부후균에 노출시킴으로 인해서 생분해가 가능함을 확인할 수 있다. 갈색 부후균에 노출된 소자는 9주 뒤에 부후균에 의해 완전히 뒤덮이게 되고, 14주 뒤에 47.22%의 무게 감소율을 보이며 생분해되고 있는 과정을 보인다.

(그림3) 첨단광학소재(Advanced Optical Materials) 2018년 6권 9호 뒤표지

커뮤니케이션팀 서민경(smk920@korea.ac.kr)