• Korean Chemical Engineering Research
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• v.59 no.2
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• pp.159-164
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• 2021

As the attachable-type wearable devices have received considerable interests, the need for the development of high-performance electrode materials of fabric or textiles type is emerging. In this study, we demonstrated the electrochemical property of CNT fibers electrode as a flexible electrode material and its non-enzymatic glucose sensing performance. Surface morphology of CNT fibers was observed by SEM. And the electrochemical characteristics were investigated by cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy and chronoamperometry. The CNT fibers based sensor exhibited improved sensing performances such as high sensitivity, a wide linear range, and low detection limit due to improved electrochemical properties such as low capacitive current, good electrochemical activity by efficient direct electron transfer between the redox species and the electrode interface. Therefore, this study is expected to be used as a basic research for the development of high performance flexible electrode materials based on CNT fibers.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.201-201
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• 2013

ITO는 투명하면서도 전도성이 매우 높은 물질로 디스플레이 분야에서 전극으로 많이 사용된다. 하지만 ITO는 세라믹 물질이기 때문에 공정 단가가 높고, 유연성이 낮아 구부릴 경우 전도성이 파괴되며 충격에도 약하여 flexible한 소자에 적용할 수 없다. 또한 metal diffusion이 잘 일어나는 물질이기 때문에 OLED 소자의 특성을 저해한다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 ITO를 대체하여 graphene을 이용한 투명전극 연구개발이 활발히 진행되고 있다. Graphene은 높은 mobility와 전도도를 가지고 있으며, 높은 열전도성, Young's modulus, 그리고 mechanical flexibility를 가진 물질이다. 최근에 이러한 장점들로 인해 ITO를 대체하는 물질로서 각광을 받고 있지만 graphene은 Cu, Ni과 같은 금속표면에 한정되어 성장하는 문제점을 가지고 있다. 이 graphene 합성방법은 전사과정을 필요로 하며, 이로 인해 낮은 생산성과 낮은 수율을 야기한다. 최근 높은 생산성을 가지는 graphene 전극을 만들기 위해 Reduced Graphene Oxide (rGO) 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 rGO는 산화환원 과정에서 전기전도도와 electron mobility가 완벽히 회복되지 못한다는 문제점을 가지고 있다. 그리하여 본 연구에서는 높은 투과도와 높은 전도도를 갖는 graphene 전극을 얻기 위해서 powdered graphene flake를 사용하였다. Graphene flake를 IPA solvent에 분산시키기 위해 sonicator과 homogenizer를 이용하여 Graphene flake solution을 제작하였다. 그리고 uniform한 전극을 만들기 위해 Spray Coating 방법을 이용하여 PET 기판 위에 graphene flake를 증착시켰다. graphene flake를 이용하여 높은 투과도와 낮은 면저항을 갖는 투명전극을 제작하고, 그 특성을 UV-visible spectrophotometer과 four point probe를 이용하여 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.110-110
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• 2012

탄소나노튜브와 그래핀 소재는 나노 스케일의 탄소를 대표하는 소재로서 전기적, 기계적인 특성이 뛰어나며, 화학적으로 안정하고, 환경 친화성을 가지고 있다. 탄소나노튜브의 경우 전기적으로 도체 및 반도체성을 가지고 있을 뿐만이 아니라 직경이 최소 1 nm 수준으로 종횡비 및 비표면적이 매우 큰 특성을 가지고 있어서 차세대 정보 전자소재, 고효율 에너지 소재, 고기능성 복합소재, 친환경 소재 등의 분야에서 많은 응용연구가 활발히 진행되고 있다. 그래핀의 경우 실리콘의 100배에 이르는 전하 이동도, 구리의 100배에 이르는 전류밀도를 가지며, 열전도도 및 내화학성이 뛰어나고 다양한 화학적 기능화가 가능할 뿐 아니라 뛰어난 유연성과 신축성을 보이면서 그래핀 자체의 물리화적 특성구명과 더불어 투명전극, 반도체, 에너지 전극, 구조체, 가스 베리어 등의 응용연구가 최근 활발히 진행되고 있다. 본 발표에서는 최근의 나노카본 기반의 투명전극 및 기체 차단 필름의 연구 개발동향 등에 대해 발표하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.422.2-422.2
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• 2016

스마트폰, 태블릿 등의 디바이스의 발전에 따라 휴대성이 매우 중요해졌다. 디바이스의 크기, 두께, 유연성에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 그 중에서도 energy storage device의 flexibility를 향상시키는 연구가 주목 받고 있다. Energy storage device의 성능 향상을 위해서는 power density를 높여야 하며 flexibility를 위해서는 전극판과 전극소재 간의 부착력을 증가시켜야 한다. 본 연구에서는, power density와 소재 간의 부착성을 개선시키기 위해 기존 graphene보다 표면적이 넓으며 power density가 좋고 전극판과의 부착성이 좋은 hybrid GNP-CNT를 사용하였다. 그리고 Ag NWs/CNT PET film 을 사용하여 전도성이 있는 flexible한 전극판을 사용하였다. SEM 측정을 통해 표면 분석을 하였고, sample에 패턴을 하고 Bending test를 하여 부착성을 확인하였다. 또한, CV curve를 측정하여 supercapacitor의 특성을 확인하였다. 향후, $MnO_2$ NWs를 hybrid GNP-CNT에 합성시킴으로 energy storage device의 energy density를 더욱 향상시키는 연구를 진행할 것이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.596-596
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• 2013

본 연구에서는 Carbon nanotube 용액을 brush-painting 시스템을 이용하여 유연성 있는 PET 기판 위에 고품위의 플렉시블 투명전극을 제작하였다. CNT 박막의 두께에 따른 특성을 알아보기 위해 brushing 횟수를 증가시켜 UV/Vis Spectrometry, four-point probe 및 Hall measurement를 이용하여 전기적, 광학적특성을 알아보았다. 최적조건인 bilayer의 CNT 박막은 244 Ohm/sq.의 면 저항과 550 nm에서 68％의 투과도를 얻을 수 있었다. CNT 박막의 기계적 응력에 따른 전기적 안정성을 알아보기 위해 bending test를 진행하였다. 10,000번 구부려도 저항의 변화가 거의 없어 이 박막이 플렉시블한 소자에 적합하다는 것을 알았다. 유기태양전지의 적용 가능성을 알아보기 위해 CNT 박막을 유기태양전지의 anode 층으로 적용하여 1.6％ (VOC: 0.566(V), $J_{SC}$: 7.118(mA/$cm^2$), Fill Factor: 40.49(％))의 효율을 얻어 유기태양전지 소자의 적용 가능성을 알았다. 최종적으로 실험에서 성막된 CNT 박막은 기존의 CVD공정과 같은 복잡한 공정 대신에 쉽고 간편하게 고품위의 flexible brush-painting Carbon nanotube (CNT) 투명전극을 제작 하여 플렉시블한 유기태양전지 소자의 가능성을 알아보았다.

• Proceedings of the Korean Society of Computer Information Conference
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• 2011.01a
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• pp.301-302
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• 2011

본 연구에서는 Floating Electrode와 Flexible Electrode를 사용한 심전도 측정결과의 비교연구를 진행하였다. 일반적으로 심전도 측정시 사용되고 있는 Floating Electrode를 이용하여 심전도 측정을 할 경우 비교적 안정적인 데이터를 얻기 용이하다는 장점이 있지만, 여러 개의 전극을 몸에 붙이는 번거로움과 피실험자의 불쾌감 등 단점도 있다. 반면, 본 연구에서 제안하는 방법은 Flexible Electrode를 침대 혹은 의자와 설치하여 무구속적인 측정 방법을 통하여 사용자의 편이를 향상시키고 불편함을 최소화를 목표로 한다. 신호검출의 가능성은 확인하였으며, 향후 검출된 데이터를 이용하여 일상생활을 하면서 건강상태를 모니터링 할 수 있는 헬스 케어 응용 서비스로의 연구를 진행하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.161.1-161.1
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• 2017

최근 OLED기술을 조명에 응용하고자 하는 연구가 급증되고 있다. 이는 유연하고, 대면적 확장이 가능하며, 다양한 형태 구현에 있어 장점이 존재하기에 차세대 감성조명으로써 주목을 받고 있다. 고효율의 OLED 조명을 위해서는 저저항/고유연의 투명전극 소재의 개발을 통해 전기적 손실을 최소화해야하고, 광추출층의 적용을 통해 내부에서 생성된 빛을 외부로 잘 방출시켜 광학적 손실을 최소화해야한다. 이를 위해 많은 다양한 투명전극에 대한 연구와 광추출을 위한 방법에 대한 연구가 진행이 되고 있고, 두 가지 효과를 한번에 얻을 수 있는 집적기판에 대한 수요가 높아지고 있다. 본 연구는 인쇄공정과 플라즈마 공정을 통해, 미세배선이 함몰된 집적 기판을 개발하여 저저항/고유연 투명전극을 구현하였고 기판상 나노구조체 형성을 통해 광추출 효율을 기존에 비해 20% 이상 향상시킬 수 있었다. 이러한 기판은 향후 대면적 OLED 조명에 응용이 가능할 것이라 전망한다.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.29 no.4
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• pp.21-27
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• 2022

Flexible pressure sensor was developed using low-cost conductive graphite as printed electronics. Flexible pressure sensors are attracting attention as materials to be used in future industries such as medical, games, and AI. As a result of evaluating various electromechanical properties of the printed electrode for flexible pressure sensors, it showed a constant resistance change rate in a maximum tensile rate of 20%, 30° tension/bending, and a simple pulse test. A more appropriate matrix pattern was designed by simulating the electrodes for which this verification was completed. Utilizing the Serpentine pattern, we utilized a process that allows simultaneous fabrication and encapsulation of the matrix pattern. One side of the printed graphite electrode was O₂ plasma surface treated to increase adhesive strength, rotated 90 times, and two electrodes were made into one through a lamination process. As a result of pasting the matrix pattern prepared in this way to the wrist pulse position of the human body and proceeding with the actual measurement, a constant rate of resistance change was shown regardless of gender.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.162.2-162.2
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• 2015

플렉서블 디스플레이에 사용되는 투명전극은 벤딩에 의한 인장(tensile) 및 압축(compressive) 스트레스 하에서도 전극의 특성이 지속적으로 유지되어야 한다. 기존 OLED소자의 투명전극으로 사용되던 인듐산화물(ITO, Indium Tin Oxide)는 인듐(Indium)의 희소성 문제뿐만 아니라 벤딩에 대한 복원력이 나쁜 것으로 알려져 플렉서블 디스플레이에는 적합하지 않은 것으로 알려져 있다. 벤딩에 강하고 복원력이 우수한 투명전극 재료가 필요하게 되었다. 본 연구에서는 PEN (Polyethylene Naphthalate) 유연기판 상에 그래핀(Graphene)전극을 구현하여 벤딩에 대한 저항특성을 관찰하였고 일반적으로 많이 사용하는 Aluminum 전극과의 비교를 통해 광효율을 지속적으로 유지할 수 있는 플렉서블 OLED용 전극구현 가능성을 연구하였다. 일반적으로 Al금속은 인장 스트레스를 받음에 따라 저항이 증가하고 다시 복원되면 저항이 감소하는 특성을 갖고 있는데 인장 스트레스에 따라 저항과 늘어난 길이와의 관계는 다음과 같다. $R/R0=(L/L0)^2$ ----------------------------------------- (1) 그러나 반복된 스트레스가 가해질 경우 Al 금속 전극은 복원력을 잃고 저항이 원래대로 돌아가지 않는 문제가 발생하는데 반해 그래핀은 벌집모양의 구조를 갖고 있어 벤딩에 대한 강도가 셀 뿐만 아니라 고탄력으로 인해 복원력이 우수하여 여러 싸이클(cycle)의 벤딩 실험에 의해서도 복원력이 지속적으로 유지되었다. Al 금속 전극의 경우 벤딩 각도 또는 정도에 따라 복원력이 유지되는 구간이 있으나 반복적인 벤딩 싸이클에 의해 복원력이 감소하여 인장 스트레스에 의한 저항 증가 후 스트레스 제거 시 저항 감소가 되지 않는데 24시간 동안 전기 저항 변화를 관찰하면 수시간 후에나 저항이 어느 수준까지만 복원되는 것을 확인할 수 있었으나 복원에 오랜 시간이 소요된다는 점에서 그래핀과 비교가 된다. SEM(Scanning electron microscopy) 분석을 통해 인장 스트레스 인가/제거를 반복함에 따라 Al 금속표면이 표면에 열화되는 것을 확인하였으나 그래핀에서는 나타나지 않았다. 본 연구에서는 높은 투과도와 우수한 전기적 특성을 가지는 그래핀 투명 전도성 전극이 다양한벤딩 조건에서도 뛰어난 복원 특성을 보이는 것을 밝혀내어 차세대 투명 전극 물질로 개발하고자 하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.185.1-185.1
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• 2014

본 연구에서는 Electrohydrodynamic (EHD) 젯 프린팅 시스템을 이용하여 graphene이 올려져 있는 유연성 있는 PET 기판 위에 Ag 용액을 그리드로 간격에 따라 타진하였다. Ag 그리드 간격을 200 um, 300 um, 400 um, 500 um로 증가시켰으며, 이때 UV/Vis spectrometry, four-point probe를 이용하여 전기적, 광학적 특성을 분석하였다. Graphene/Ag-grid 하이브리드 투명전극은 그리드 간격 400 um에서 21Ohm/sq.의 면저항과 550 nm에서 84.08%의 투과도를 확인하였다. 또한, graphene/Ag-grid 하이브리드 투명전극의 기계적 응력에 따른 전기적 안정성을 알아보기 위해 radius에 따른 bending, fatigue test와 twist bending, rolling test를 진행하였다. Fatigue bending은 speed 30 mm/s, outer bending radius 20 mm, inner bending radius 22.5 mm로 bending test를 5000번 진행하였으며, twist bending, rolling test를 각각 10000번 진행하였다. 이 결과를 통해 bending-release cycle 조건에서도 초기저항 대비 5% 이내의 매우 우수한 전기적 안정성을 나타냄을 확인하였다. 이러한 graphene/Ag-grid 하이브리드 투명전극의 우수한 특성을 얻음으로써, graphene 박막의 플렉시블 투명전극으로서의 적용가능성을 타진할 수 있었다.