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  • 윤동기 교수
  • 윤동기 교수
  • - 주소 대전광역시 유성구 대학로 291 한국과학기술원 기초과학동 (E6-6) 206호
  • - 전화 042-350-1116
  • E-mail : nandk@kaist.ac.krr
  • Homepage : http://ism.kaist.ac.kr
  • 약력
  • - 2003.3 – 2007.2 한국과학기술원 화학공학과 박사
    - 2007.3 – 2009.3 삼성전자 반도체연구소 책임연구원
    - 2009.3 – 2011.3 University of Colorado, Boulder Dept. of Physics and Liquid Crystal Materials Research Center, 박사 후 연구원
    - 2011.3 – 현재 한국과학기술원 나노과학기술대학원 조교수

연구실소개

  • KAIST 나노과학기술대학원의 재미있는 연성물질 (Interesting Soft Matter) 연구실 (부제: Soft Matter Engineering)은 주로 액정(Liquid crystal)물질을 이용하여 대면적에서 패터닝을 하여 유기 광전자 소자, 다기능성 스마트 표면, 차세대 액정표시장치(LCD)와 같은 응용을 하고자 합니다.

    액정물질은 LCD (액정표시장치)를 예로 들면 알 수 있듯이 지금까지 개발했던 다양한 전자재료 물질 중에 가장 성공적으로 연구되고, 실생활에 사용된 물질입니다. 하지만 LCD 산업이 완전히 성숙하게 되면서 액정물질의 새로운 기능 및 응용에 대해서 전세계적으로 관심이 높아졌는데, 특히 기존에 LCD에서 사용되고 학문적으로 주로 연구되던 방향성만 있는 네마틱이라고 하는 단순한 액정 상(phase)은 새로운 역할을 함에 한계가 있습니다. 본 연구실에서는 네마틱보다 복잡한 성질을 띠지만 기능기를 다양하게 부여할 수 있는 스멕틱이라는 판상 구조에 대해서 많은 관찰결과와 모델링에 대해서 연구한바 있으며 그 결과 Nat. Mater.와 PNAS와 같은 세계적인 수준의 저널에 결과를 발표할 수 있었습니다.

    이를 위해서 본 연구실에서는 유기합성을 통한 액정의 합성부터 시작하여 가속기연구소의 방사선 회절 실험 및 다양한 광학현미경(편광, 형광, 공초점(confocal)) 및 전자현미경(SEM, TEM, AFM)을 이용하여 나노구조분석을 수행하고 있습니다.. 또한 실제 응용을 위해서 다양한 표면개질이나 외부장(전자기장, 공간적 제어 등)을 이용하여 대면적화를 위한 패터닝 응용을 하고 있습니다.

연구내용

1. 액정 기반 나노패터닝 응용 연구 (Nano-patterning applications using liquid crystals)

  • 액정의 승화 현상을 이용하여 기존의 광식각 공저으로 도달하지 못했던 다양한 패턴들을 형성시킬 수 있었습니다. 이는 액정이라는 저분자 물질만이 가질 수 있는 특성에 기인한 것으로, 고온에서 승화가 되면서 동시에 재조합이 일어나기에 가능한 일입니다. 본 연구실에서는 이러한 현상을 이용하여 수 nm의 두께를 갖는 sheet를 만들거나 불교에서의 전설적인 꽃인 우담바라를 닮은 독특한 형태의 1차원 적인 구조를 만들어 초발수 표면을 만들거나 field emission 응용에 사용하고자 합니다. 또한 이러한 현상이 패턴이 있는 기판 위에서도 conformal하게 일어난다는 점을 이용하여 FET와 같은 새로운 형태의 유기나노소자를 제조하는 노력을 기울이고 있습니다.

2. 키랄 회오리 나노구조체 연구 (Chiral helical nanostructures in confined geometries)

  • 기존의 광식각 공정 기반의 나노패터닝은 매우 비싸기 때문에 다양한 대체 패터닝 기법이 나오고 있는 상황에서 이러한 대체 패터닝 방법으로도 선(line & space) 혹은 구멍(hole) 패턴만 할 수 있다는 한계가 있습니다.
    자기조립 고분자나 초분자를 이용하더라도 더 작게 혹은 더 싸게 나노패턴을 할 수는 있지만 본 연구실에서 수행하고 있는 키랄 회오리와 같은 나노패터닝을 할 수는 없는 것이 현실입니다. 본 연구실에서 유기합성-나노구조분석-한정된 공간에서의 조립법을 이용하여 수행한 결과로 회오리 패턴의 경우 5nm정도의 판상 구조가 기본이며 판상 구조가 모여 직경이 20nm~80nm정도로 조절될 수 있으며 반복 주기도 100nm~300nm로 조절 가능한 회오리 패턴을 형성함을 알 수 있었습니다. 본 회오리 모양의 나노패터닝 기법이 확립된다면 유기 나노 소자(OFET, OLED, Ogranic photovoltaic 등)뿐만이 아니라 촉매를 연구하는 분야에 있어서도 좋은 툴을 제공할 수 있을 것이라 기대됩니다.

연구성과

1. 3D patterning tools using LCs

  • "Three-dimensional textures and defects of soft material layering revealed by thermal sublimation" Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A, 110(48) 19263-19267, (2013)
    "Solvent-Free Directed Patterning of a Highly Ordered Liquid Crystalline Organic Semiconductor via Template-Assisted Self-Assembly for Organic Transistors" Adv. Mater. 25(43) 6219-6225, (2013)
    “Self-assembled hydrophobic surface generated from a helical nanofilament (B4) liquid crystal phase” Soft Matter 9, 2793-2797 (2013)
    “Orientation of a Helical Nanofilament (B4) Liquid Crystal Phase: Topographic Control of Confinement, Shear Flow, and Temperature Gradients” Adv. Mater. 23 (17), 1962-1967, (2011)

2. LC behaviors in various boundary conditions

  • "Cybotactic behavior in the de Vries smectic A* liquid crystal structure formed by a silicon-containing molecule", Physical Review E, 89, 032502 (2014)
    "Alignment of Helical Nanofilaments on the Surfaces of Various Self-Assembled Monolayers" Soft Matter 9, 6185-6191 (2013)
    “Chirality-Preserving Growth of Helical Filaments in the B4 Phase of Bent-Core Liquid Crystals” J. Am. Chem. Soc. 133(39), 12656-12663 (2011)
    “Internal structure visualization and lithographic use of periodic toroidal holes in liquid crystals” Nat. Mater. 6 (11), 866-870 (2007)