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국내 연구진이 새로운 하이브리드 바이오 나노구조체를 개발하고 이를 이용해 영하 80℃에서 상온 150℃까지 끄덕없는 고성능 섬유형 태양전지와 유기발광다이오드(OLED)를 만드는데 성공했다.
한국재료연구원 에너지·환경재료연구본부 김재호,프랑스 복권송명관 박사 연구팀은 부산대학교 오진우 교수,프랑스 복권공주대학교 최진우 교수와 공동으로 개발한 하이브리드 바이오 나노구조체로 기존 대비 40% 향상된 광전효율의 섬유형 태양전지와 발광효율을 48% 높인 섬유형 OLED를 제작했다.
기존 금속 나노입자의 보편적인 코팅 방법 중 하나인 '스핀 코팅'은 누구나 빠르고 간단하게 박막을 만들 수 있는 장점이 있지만 금속 나노입자를 균일하고 질서정연하게 코팅할 수 없다는 단점이 있었다.
연구팀은 이를 개선하고자 금속 나노입자를 균일하고 질서정연하게 배치하는 특성을 가진 바이오 물질 'M13 박테리오파지'를 합성했다.M13 박테리오파지는 금속 양이온과 결합하는 활성기를 가져 모든 금속 양이온을 일정하게 배열한다.
M13 박테리오파지를 합성한 하이브리드 바이오 나노구조체는 공기와 수분에 높은 안정성을 가져 이를 이용해 고성능 섬유형 태양전지와 OLED를 제작할 수 있을뿐 아니라 영하 80℃와 상온 150℃의 극한환경도 견뎌냄을 확인했다.세탁 특성도 우수해 섬유형 소재로서 가능성이 무궁무진할 전망이다.
다양한 전자소자 분야에서 활용할 수 있는 M13 박테리오파지를 하이브리드 바이오 나노구조체에 이용해 금속 나노입자의 배열구조와 정렬을 쉽게 설정할 수 있다는 게 기술의 차별성이다.
특히 금속 박막 표면에 존재하는 자유전자가 특정 파장 빛이 입사될 때 진동하는 '표면 플라즈모닉' 효과도 극대화할 수 있어 다양한 전자소자에 응용이 가능해 대량생산이 구현될 경우 전자소자 기업에서 파격적인 경제적 효과를 기대할 수 있다는 게 연구팀 설명이다.
연구책임자인 송명관 재료연 책임연구원은 “하이브리드 바이오 나노구조체를 활용하면 전자소자 분야에서 성능향상과 안정성을 함께 증가시킬 수 있다”면서 “향후 에너지 생산 및 저장 소재뿐 아니라 센서 소재 등 다양한 분야에 적용이 기대된다”고 말했다.
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