나노물질합성:
나노 결정의 크기, 구조 및 구성에 대한 높은 수준의 제어는 대상 응용 분야에 대한 화학적 및 물리적 특성을 조정하는 데 필수적입니다. HybridNano 연구실에서는 다양한 합성 조건에 따른 표면에너지의 변화와 합성 물질의 최종 형태를 제어하는 연구를 수행합니다. 특히 다양한 크기의 2D 나노 결정은 우수한 전기적, 광학적, 열적 특성을 갖고있어 활발히 연구되어 왔습니다. 2D 박막은 미래 전자, 광학, 에너지 저장 및 촉매 등 다양한 응용 분야에 큰 가능성을 제공합니다. HybridNano 연구실은 원하는 기판에 고품질의 산화물 박막과 2D 반도체 물질 박막, 금속 박막을 합성하고 있습니다. 특히, 결정립계가 없어 전기적 성질이 우수한 단결정 박막을 합성하는데 초점을 맞추고 있습니다.
연신성 소자:
HybridNano 연구실에서는 고분자, 금속, 반도체, 세라믹 모든 소재들의 특성에 대한 이해와 이들간의 호환성에 대해 분석하고, 연신시 재료들의 기계적 물성, 전기적 물성들을 테스트하여 연신성 센서, 디스플레이, 트랜지스터, 다이오드, 배터리 등의 소자를 제작하고 있습니다.
연신을 위한 기초 소자들을 제작하는 방법들로는 구조적인 방법, 고분자 복합체를 만드는 방법, 액체 금속을 이용하는 방법들을 주로 사용합니다. 구조적인 방법의 경우, 물질의 기계적 거동과 스트레스 분포에 대한 이해가 중요합니다. 이를 위해 직접 구조체를 제작하여 테스트를 해보고, 필요시 협동 연구를 통해 컴퓨터 기반 시뮬레이션 분석을 진행합니다. 고분자 복합체 제작의 경우, 고분자, 금속, 반도체, 세라믹 재료들 간의 모듈러스, 결합력, 반응성 등의 호환성을 고려하여 새로운 재료를 개발하고 개발된 재료에 대한 특성을 분석합니다. 액체 금속의 경우 액체의 거동을 하는 금속의 패터닝 방법 및 다른 재료와의 인터페이스에 대해 분석합니다. 이러한 여러가지 방법으로 제작된 전극 및 센서의 기초 소자들을 통합하여 피부 부착형, 이식형 연신성 소자 플랫폼을 제작함으로써 차세대 전자소자 개발을 진행하고 있습니다.
전자피부:
사람은 손 끝의 촉각 수용기에서 전해지는 압력 정보로 물체를 잡거나, 피부의 온도 수용기로부터 외부 온도를 인지합니다. 이처럼 자극 수용기는 외부 환경을 이해하고 적절한 대응을 하기 위한 필수적인 요소입니다. HybridNano 연구실에서 제조하는 전자 피부는 오감 자극을 측정할 수 있도록 설계된 인공적인 피부로써, 로봇, 인공 팔과 결합하여 자극의 인지에 기여합니다.
실제 피부의 특징을 모사하기 위해 전자 피부는 기계적으로는 유연해야 하며, 기능적으로는 기계적, 화학적, 열적, 광학적 자극을 전기적 신호로 변환할 수 있어야 합니다. 고분자 재료는 화학적 구조로 인해 기계적으로 매우 유연할 수 있기 때문에 전자 피부에 변형성을 부여하기 위해 주로 사용합니다. 자극 민감성을 구현하기 위해 고분자 재료와 금속, 산화물, 이온 등 다양한 재료를 복합하여 사용합니다. 자극이 가해짐에 따라 복합 재료의 전기적 성질이 달라지며, 이를 측정하여 자극을 인지합니다. 재료 설계의 최적화를 통해 자극에 대해 더욱 고민감성을 가지며 기계적 고연신성을 가지는 전자 피부를 개발하는 것을 목표로 하고 있습니다.
미세 패터닝과 입자 조립:
장치 제작의 핵심 기술인 패터닝 공정은 다양한 방법으로 연구되어 오고 있습니다. 특히, 연신성 전자 기기의 회로를 집적하는 데에 높은 신뢰성과 효율을 가진 패터닝 공정이 필요하기 때문에, HybridNano연구실에서는 전도성 잉크를 사용한 노즐 인쇄 공정 및 스크린 인쇄 공정을 개발하고 있습니다. 두 공정의 핵심 기술은 잉크 용액의 특성을 제어하는 것입니다. 또한, 모세관 힘 리소그래피, 마이크로 임프린팅, 포토 리소그래피 등을 활용한 패터닝 공정을 개발하고 있습니다.
마이크로 입자 조립 공정은 연구 분야와 산업 분야 모두에서 중요한 의미를 가지고 있습니다. HybridNano 연구실에서는 간단한 러빙 프로세스를 통해, 높은 결정성을 확보한 마이크로 입자 단층 조립을 대 면적에 걸쳐 쉽게 만들 수 있습니다. 이 조립은 광 결정이라는 특별한 광학 특성이 있습니다. 반사광의 색상은 입자 조립의 결정 방향에 따라 달라집니다. 또한 기판의 물리적 혹은 화학적 패턴은 입자의 위치 정확도와 변형성을 높여 줄 수 있습니다. 이러한 점에서 우리 연구실에서는 입자 조립 공정을 연신성 장치의 개발 방법론 중 하나로서 제안하고 있습니다.