자기조립 초분자(self-assembled supramolecular) 기반의 유기소재는 전자, 정보, 에너지, 정밀화학 및 차세대 나노기술의 총아로 각광을 받고 있습니다. 특히, 자기조립 소재의 핵심 특징이 외부의 전자기적 및 물리화학적 환경에 민감하게 반응하는 ‘반응성’이라는 점에서 다양한 전자산업에서 자기조립 초분자 재료는 핵심소재기술로 여겨져 왔습니다. 본 연성소재조립 연구실(soft material assembly, SMA)은 “연성재료 (soft material)가 미래의 기술 및 산업혁신을 이끈다”라는 슬로건 아래, 유기 초분자 재료의 자기조립 특성을 이용하여 수 나노미터에서 십 수 마이크론 수준의 구조체의 배향 제어 및 다차원 기능성 구조에 대한 연구 및 기술들을 개발하고 있습니다. 더 자세히는, 연성재료의 전자기적 특성 및 자기조립거동을 고려하여 합성을 진행하고, 물리-화학적 표면 개질(surface treatment), 공간적 구속효과(confined geometry), 전기, 자기장, 마찰력 등의 외부장 (external stimuli) 인가와 같은 구조 제어 기법을 통해 원하는 구조를 미세하게 조절할 수 있는 기술을 개발하고 있습니다. 더 나아가, 제어 된 구조의 평형상태에 있는 정적인 구조뿐만 아니라 동역학적 제어를 통한 외부환경과 소통(communication) 가능한 지능형 소재 개발에도 연구를 진행하고 있으며, 제작된 구조체의 물성 평가 및 소자 제작을 통해 유기재료기반의 트랜지스터 (transistor), 고감도 분자센서, 플라즈모닉 편광판, 발수(hydrophobic) 및 발유(oleophobic) 코팅, 광위상제어 등 다양한 응용들도 보고한 바 있습니다. 더불어, DNA나 식용색소등 생체 적합형 재료를 본 연구실에서 개발한 나노제어기술을 이용하여 광전자 소자 개발을 위한 원천기술을 확보하고자 노력하고 있습니다. - 초분자 액정구조 제어 및 패터닝 기법 개발 - 자기조립 초분자를이용한 응용 기술 개발

□ 액정 물질 기반 조립체 연구

대칭적인 특성을 갖는 구조를 형성하는 achiral 빌딩블록은 일반적으로 자연계에서 achiral 구조체를 만든다고 알려져 있습니다. 본 연구에서는 achiral 빌딩블록으로 알려져 있는 분자체를 이용해서 자발적인 대칭 파괴 기반 chiral 구조체 구현에 대한 결과를 보고하였습니다. 이는 용액의 농도에 따라 여러 가지 상이 나타나는 lyotropic 액정(lqiuid crystal) 상이 주기적으로 배열된 마이크로미터 규모의 공기 기둥을 따라 자연스럽게 형성되는 지형적 구속 (topographic confinement)에 영향을 받기 때문에 나타나는 현상입니다. 즉, 벌크 조건에서 achiral 블록이 achiral 구조를 이루는 것과는 달리 지형적 구속에 의해 대칭 파괴가 나타나 chiral 도메인이 형성됨을 관찰하고 수치 계산을 통해 이해하고자 노력하였습니다. 이렇게 achiral 분자 기반의 chiral 구조체는 외부의 환경에 민감하게 반응하여 그 chiral 성이 변한다고 알려져있는데, 예를 들어 왼쪽, 혹은 오른쪽 chiral성을 띠는 기체를 흘려주게 되면 그 chiraity가 변화하는 민감한 센서로 사용할 수 있으리라 기대됩니다.

 

□ 유기반도체 배향 연구

유기 반도체(organic semiconductor: OSC)의 분자 배향 조절은 고성능의 유기전자소자를 구현하는데 필수적입니다. 본 연구에서는 판상형의 모양을 갖는 유기반도체 분자가 쌓여 만드는 기둥구조를 용매에 녹인 채로 유연 고분자 기반의 마이크로채널 몰드 안에 가둠으로써 물질 전달 효과에 의한 확산과 대류, 분자간의 상호작용의 평형을 이용하여 마이크로채널 방향과 평행 또는 수직으로 배향된 유기반도체 기둥구조를 얻을 수 있었습니다. 편광 광학 현미경 및 스침각 방사선 산란실험을 통해 이러한 배향이 조절된 유기반도체 배열 구조에 대해 명확히 밝혀냈습니다. 이방성 (anisotropic) 전하 이동도의 경우 유기전자소자에서 필요한 성질이며 이는 배열 방향이 잘 조절된 유기반도체 기둥들 기반의 유기 전계 효과 트랜지스터(organic field-effect transistor) 제작을 통해 차세대 반도체 소자로써의 응용 가능성을 타진하였습니다.

 

□ 기능성 컬러 필름

이색성 (dichroic) 컬러 필터는 다채롭게 변화하는 다양한 컬러 응용에 사용할 수 있는 고부가가치 고분자 필름입니다. 본 연구에서는 일축 정렬된 광중합이 가능한 두 장의 액정 필름을 이용하여 이색성 고분자필름을 구현하였습니다. 이렇게 제조된 이색성 컬러 필터는 이중 모드 원형 편광판 및 chirality 검출기로 사용할 수 있었으며 이는 본 연구에서 제시된 응용 외에도 홀로그램, 광학 신호 암호화 및 전기적으로 컬러 조정이 가능한 다양한 응용처에 사용할 수 있으리라 기대합니다.

 

□ 바이오 물질 기반 필름 제조

DNA는 미세 크기와 높은 농도에서 액정상을 보이는 것으로 유명한데, 이는 패터닝 응용에 사용되기에 유용한 빌딩 블록일 뿐만 아니라 자연에서 아주 많이 형성되는 생체 재료입니다. 본 연구에서는 전단 (shear) 유도 흐름과 미세 기둥의 조합을 사용하여 다양한 종류의 흥미로운 미세 구조 DNA 패치 어레이를 만들어 낼 수 있었습니다. 이러한 접근 방식은 고유한 구조적 특성을 기반으로 하는 DNA 또는 기타 이방성 생체 재료를 사용하는 패터닝 응용에 다양하게 쓰일 수 있습니다.

       [액정 물질 기반 조립체 연구]                              [유기반도체 배향 연구]                                                [기능성 컬러 필름]                                 [바이오 물질 기반 필름 제조]