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2018/10/30 한양뉴스 > 학술 > 이달의연구자 중요기사

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[이달의 연구자] 강영종 교수(화학과)

높은 안전성을 갖춘 새로운 페로브스카이트 LED/필터 공정기술 탄생

황유진

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http://www.hanyang.ac.kr/surl/dAgm

내용

새로운 미래 에너지원으로 지목된 '페로브스카이트(Perovskite)'. 태양의 빛에너지를 전기에너지로 쉽게 변환해 태양전지부터 연료전지까지 활용이 가능한 특별한 구조의 금속 산화물이다. 최근 이 페로브스카이트를 활용한 다양한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이렇게 변환된 전기에너지를 빛으로 바꾸는 우수한 발광소자 특성도 화제다. 이에 강영종 교수(화학과)는 ‘크기 배제효과 가공기술(Size-Exclusion Lithography)’을 이용한 페로브스카이트 복합소재 필름 제작기술을 새롭게 발표했다. 페로브스카이트가 가진 발광소자로서의 기존 한계점을 극복하고 디스플레이 산업에서의 상용화를 앞당겼다는 평이다.

 
▲ 강영종 교수(화학과)가 지난 27일 연구실에서 인터뷰를 진행했다. 이번 연구를 통해 안정성 높은 새로운 페로브스카이트(Perovskite) LED/필터 공정기술이 탄생했다.

최근 페로브스카이트가 차세대 LED 산업군에서 주목받고 있다. 다른 무기 나노입자 보다 선명한 색을 구현할 수 있기 때문이다. LED는 적색, 청색, 녹색의 다이오드를 혼합해 다양한 색상의 빛을 표현한다. 화면에 이미지를 표현하려면 서로 다른 다이오드를 정확하게 위치시키는 것이 중요한데, 이를 패터닝(patterning)이라 부른다. 기존 LED 공정에서는 얇은 기판 위에 회로를 그려 자외선을 이용해 패턴을 깎아내는 리소그래피(Lithography) 기법을 이용했다. 하지만 페로브스카이트는 수분에 매우 취약해 대기 중 산소와 습기에 불안정했다. 페로브스카이트에 적합한 새로운 공정기술이 필요했다.
 
강 교수는 '크기 배제효과 가공기술(Size-Exclusion Lithography)’을 이용한 페로브스카이트 복합소재 필름을 만들어냈다. 고분자 내에 페로브스카이트 나노입자를 넣어 자외선을 쬐면 나노입자의 크기 변화로 패터닝이 일어나는 기술이다. 즉, 얇은 기판 위에 코팅돼 있던 고분자는 자외선에 노출되면 체인 형태로 꼬이면서 크기가 작아지고 나노입자는 커지면서 한쪽으로 이동하게 된다. 그 과정에서 페로브스카이트 나노입자가 고유의 색을 발산하며 자체적인 패터닝이 일어나는 것이다.
 
▲ 강영종 교수가 개발한 '크기 배제효과 가공기술(Size- Exclusion Lithography)'을 이용한 페로브스카이트 복합소재 필름의 원리. 나노입자의 크기 변화로 페로브스카이트의 패터닝이 일어나는 기술이다.(강영종 교수 제공)

페로브스카이트는 기존 식각과정 대신 나노입자들의 자체적인 이동을 통해 수분에 강해졌다. 대기 중에 한두 시간 노출되면 사라지던 빛이, 끓는 물에 하루 정도 넣어도 그대로 유지됐다. 또한 자외선 조성을 약간만 조절하면 색상변화가 쉽게 가능해 기판에 마이크로 크기의 다양한 문양을 나타낼 수 있다. 강 교수가 연구를 시작한 지 2년 만에 높은 안정성을 갖춘 새로운 페로브스카이트 LED/필터 공정기술이 탄생했다.

“이번 연구로 페로브스카이트 LED/필터 상용화에 한 발짝 다가간 거라 생각해요.” 강 교수는 앞으로 페로브스카이트와 디스플레이를 연결하는 실질적인 연구에 앞장설 계획이다. “연구는 실패가 뻔히 보이는 길일지라도 도전하고 그것을 즐기는 과정이라 생각해요. 한양대학교 학생들도 졸업 전에 연구를 통해 그런 경험을 얻어갔으면 합니다.”
 
강 교수는 고분자에 대한 주된 연구뿐만 아니라 다양한 분야에 열정을 가지며 스스로 국한되는 것을 경계한다. “학생들과 소통하면서 다각도에서 연구를 바라보는데 즐거움을 느낍니다. 덕분에 새로운 분야에 계속 도전하고 있죠. 앞으로 사회에 기여할 수 있는 실용적인 연구에 더 관심을 가지려 해요.” 강 교수가 보여주는 열정은 앞으로 그의 연구가 기다려지는 이유다.
 
▲ 강영종 교수는 여러 취미 생활을 통해 연구를 계속할 활력을 얻고 있다. 힘든 연구의 연속이지만 결과를 얻었을 때 희열을 느낀다는 강 교수의 다음 연구를 기대해본다.


글/ 황유진 기자          lizbeth123@hanyang.ac.kr
사진/ 박근형 기자        awesome2319@hanyang.ac.kr
 
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