정보전자신소재공학과 강성준 교수 연구팀이 스프레이 코팅 기술을 활용해 웨어러블 기기 소자의 원천 기술을 개발했다. 사진 왼쪽부터 강성준 교수, 김민지 학생.

정보전자신소재공학과 강성준 교수 연구팀, 스프레이 코팅 기술 개발
경제성, 조절 가능성, 패턴 형성 용이성 등 다양한 강점 지녀

정보전자신소재공학과 강성준 교수 연구팀이 스프레이 코팅 기술을 활용해 웨어러블 기기 소자의 원천 기술을 개발했다. 이번 연구는 우수성을 인정받아 국제 학술지 <ACS Applied Nano Materials>(IF=6.14) 표지 논문으로 선정됐다.

스프레이 코팅 기술 사용해 양자점 적층, 결함은 줄고 균일성은 높아져
연구 주저자인 김민지 학생(정보전자신소재공학과 석사 4기)은 “오랜 기간 공들인 논문이 좋은 성과를 내며 졸업할 수 있어 기쁘다”고 말했다. 강성준 교수는 “김민지 학생이 학부생이던 당시 수업 시간에 우연히 양자점 관련 수업을 듣고 대학원에 진학하게 됐다. 대학원 진학 이후 양자점 연구를 지속해 산업적으로 의미 있는 결과를 도출하고, 특허까지 출원하는 결과를 도출해 뿌듯하다”고 말했다.

강성준 교수 연구팀은 스프레이 코팅 기술을 사용해 양자점의 조절 가능한 층별 구조를 형성했다. 이 구조를 발광 다이오드와 포토다이오드에 적용해 우수한 성능 향상을 이끌었다. 연구팀은 기존 스프레이 코팅 방식에 일정한 속도로 움직이는 스테이지와 짧은 열처리 방법을 도입해 양자점 박막의 표면 리간드를 효과적으로 제거했다. 강성준 교수는 “양자점 모노레이어의 결함은 줄고 균일성은 높아졌다”고 강조했다.

연구팀은 양자점 박막 개수에 따라 계면 및 광학적 특성이 변화함을 확인했다. 강성준 교수는 “기존 스프레이 코팅 공정은 얼마나 많은 층이 적층되는지 알 수 없었다. 하지만 제안한 공정은 양자점을 분말 형태로 열처리하고 리간드 고분자를 조절해 한 층씩 쌓을 수 있었다. 기존보다 간편하면서 두께를 정밀히 조절할 수 있다”고 강조했다. 이를 통해 발광 다이오드와 포토다이오드 성능을 개선할 수 있었다.

미래 웨어러블 기기 개발에 활용될 원천 기술 확보

연구팀은 양자점 박막 개수에 따라 계면 및 광학적 특성 변화를 확인했고, 이를 통해 발광 다이오드와 포토다이오드 성능을 개선할 수 있었다. 그림 설명. 강성준 교수 연구팀의 표지논문.

스프레이 코팅 기술의 유연성을 활용해 웨어러블 소자 개발 가능성도 제시했다. 김민지 학생은 “신축성 있는 플라스틱 기판 위에 안정적으로 코팅이 가능한 발광 다이오드의 제작을 통해 가능성을 증명했다”며 “기판이 휘어져도 안정적인 동작이 가능하다”고 말했다.

또한 스프레이 코팅 공정은 경제적으로 우수한 결과를 나타냈다. 김민지 학생은 “기존 코팅 공정과 비교했을 때 용액 낭비를 28%나 줄일 수 있었다”고 말했다. 연구 우수성을 논문 심사 과정에서도 인정받았다. 김민지 학생은 “양자점을 나노 단위로 제어해 흥미롭고 가치 있는 연구라는 평을 받았다”고 밝혔다.

강성준 교수는 "개발한 스프레이 코팅 공정은 양자점의 두께를 예측하는 데 있어 코팅 횟수만으로도 충분한 정보를 제공하며, 용액 공정의 비용 이점과 조절 가능성, 패턴 형성의 용이함을 고려하면 미래 웨어러블 기기 개발에 매우 적극적으로 활용될 것"이라고 전망했다.

산업적으로 의미 있는 결과를 도출한 만큼 김민지 학생은 졸업 후 반도체 관련 기업에 취업해 연구를 이어 나갈 계획이다. 강성준 교수는 양자점 모노레이어 기술을 활용해 양자점 디스플레이 연구와 양자점 기반 광센서 연구를 진행할 계획이다. 강 교수는 “개발한 기술을 기반으로 산업적으로 양산하기 쉬운 가치 있는 연구를 수행할 것”이라며 향후 연구 방향을 밝혔다.

강성준 교수는 개발한 양자점 모노레이어 기술을 활용해 양자점 디스플레이 연구와 양자점 기반 광센서 연구를 진행할 계획이다.

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- 강성준 교수 연구자 정보
- 강성준 교수 연구실

글 김율립 yulrip@khu.ac.kr
사진 정병성 pr@khu.ac.kr

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